二、在染色体上寻找基因

用事实证明萨顿推论的教授是美国遗传学家摩尔根。这位教授长期从事动物胚胎学的研究，在 1909 年，他根本不相信孟德尔的结论是科学真理。当时他对孟德尔的假说是这样评价的：“在流行的孟德尔理论解释中，性状一下子变为基因，一个因子解释不了的现象就添上一个变为二个因子，再不够又添一个变为三个因子。这种对于简单模式的过分推崇是会失去获取正确理解的机会的。”然而，到 1910 年，摩尔根对孟德尔假说的观点发生了 180 度的大转变，促使他大转变的力量是科学真理。

摩尔根从 1904 年开始研究果蝇的胚胎发育，到 1909 年，在他饲养的果蝇群中，突然出现了一只白眼果蝇。这只白眼果蝇促使他改变了研究方向，把兴趣引向研究果蝇的遗传。

摩尔根饲养的果蝇原来都是野外生长的，眼睛全是红色。因此，凡是红眼果蝇都称为“野生型”，突然在红眼蝇群中变出了一只白眼睛的雄果蝇，这只突然变来的白眼蝇就叫做“突变型”。摩尔根给这只突变型雄蝇，配上一只红眼处女蝇，这对果蝇在摩尔根特制的“蝇房”中“生儿育女”，当“子女”成熟时，它们的眼睛颜色全部像“母亲”，也就是都为红色，套用孟德尔的语言就可以说红眼是白眼的显性。

摩尔根继续让第一代红眼果蝇实行“同胞”婚配，产生的第二代中，除出现 3/4 红眼果蝇外，还出现了 1/4 白眼雄蝇。这样，摩尔根亲自设计和实施的果蝇杂交方案，得到的结果，与孟德尔在豌豆杂交试验中所得结果完全一致。这使摩尔根增强了对孟德尔遗传定律的信服。与此同时，对动物性别怀有浓厚兴趣的摩尔根，除了观察果蝇的红眼、白眼外，他还注意到了果蝇眼睛颜色与性别的关系。当他统计杂种二代的果蝇时，注意到了出现的白眼果蝇全部是雄蝇的事实。

摩尔根抓住契机，继续试验。这次杂交试验用的亲本是杂种一代中的红眼雌蝇和突变而成的白眼雄蝇，杂交结果又与孟德尔曾做过的测交结果相同，即出现了一半红眼果蝇和一半白眼果蝇，当他进一步统计红眼和白眼果蝇中的性别时，却发现不论是红眼果蝇还是白眼果蝇，都是一半为雌蝇、一半为雄蝇。摩尔根对这次杂交试验中首次得到的白眼雌蝇也没有轻易放过，按照他预先的计划，又给白眼雌蝇配上了红眼雄蝇，这一次婚配所产生的后代中，雄蝇全部为白眼，雌蝇全部为红眼，也就是出现了“父传女”、“母传子”这种交叉遗传现象。

摩尔根在进行了一系列的果蝇杂交试验后，全面地接受了孟德尔基因决定性状的假设和萨顿的基因在染色体上的推论，并根据自己和威尔逊对果蝇染色体的研究，正式提出自己的假定，那就是蝇眼睛颜色的基因位于“X”染色体上。

什么叫“X”染色体呢？这个名词的发明者应属德国的亨金。这位学者用切片法研究半翅目昆虫的减数分裂时，发现在精母细胞减数分裂后期，有一条染色体在向细胞一极移动时，处于落后状态，这位德国细胞学家对这个落后染色体的性质不大理解，就随便起了个“X 染色体”的名词，表示这是一种属于未知数的染色体。到 1902 年，美国的麦克郎第一次把“X 染色体”和昆虫性别作了联系，沿麦克郎的思路，许多细胞学家对各种昆虫进行了广泛的研究，终于在 1905 年由威尔逊证明，在半翅目和直翅目的许多昆虫中，雌性个体的细胞中，具有两套普通的染色体，叫“常染色体”，此外还有两个“X 染色体”；而雄性个体的细胞中也有两套常染色体，但只有一个“X 染色

体”。若以符号 A 代表一整套常规染色体，则雌虫的染色体组成就可表示为2A＋2X，雄虫为 2A＋X。由于威尔逊的这一发现，人们对于动物雌、雄性别，在外形还看不出来时，可以根据细胞中的“X”染色体的多少加以区别，这样一来，人们就把“X 染色体”称为性染色体了。

1908 年，史蒂芬斯发现，果蝇的性染色体与威尔逊证明的有点不一样，那就是雄果蝇的精母细胞中除有一条 X 染色体外，还有一个和它同源的 Y 染色体，这种染色体呈钩形，比 X 染色体短。

威尔逊和史蒂芬斯与摩尔根不仅同在哥伦比亚大学任教，而且他们的实验也相互靠近，他们二位的发现，给摩尔根很大的启发和帮助。

摩尔根把决定眼色的基因定位在 X 染色体上后，他进行了三组实验。摩尔根进行的第一组实验是：将红眼雌蝇和白眼突变雄蝇杂交，第一代

的雌蝇和雄蝇全部是红眼蝇，而第二代则出现了两份红眼雌蝇，一份红眼雄蝇和一份白眼雄蝇，眼色性状的分离表现为 3（红）：1（白）。

摩尔根进行的第二组实验是，将杂种红眼雌蝇与白眼雄蝇交配，得到的后代是一份红眼雌蝇，一份白眼雌蝇，一份红眼雄蝇和一份白眼雄蝇。

摩尔根进行的第三组实验是，将白眼雌蝇与红眼雄蝇交配，则出现了后代是红眼雌蝇和白眼雄蝇的眼色遗传性状交差的现象。

三组杂交实验的结果，全部得到了完满的解释。

1911 年，摩尔根用同样的杂交试验方法，把几个基因一下子都定位在 X

染色体上，并提出了一条染色体上的基因互为连锁基因的概念。到 1912 年，摩尔根在 X 染色体上发现了 18 个基因，并且明确指出连锁基因有可能调换位置。这样，摩尔根不仅从孟德尔假说的怀疑者转变为孟德尔假说的忠实信徒，而且把孟德尔的遗传假说与细胞里的染色体很贴切地联系起来了。更为重要的是提出了连锁基因和连锁基因交换的新观念，这个观念就是遗传学的第三定律——连锁交换定律。

由此我们可以说，摩尔根的成功中，也包含着他的二位校友——威尔逊和史蒂芬斯的心血。

摩尔根及其战斗集体，在捷报频传的大好形势下，继续兢兢业业地工作，自从提出连锁交换规律后，连锁基因间的交换百分率是一个常数引起了他们的好奇，他们决心解开常数之谜，为此，他们发明了“二点测交”和“三点测交”法。所谓“二点测交”，就是用二个连锁基因的杂种与这二个连锁基因均为隐性的个体杂交，目的是为了测定这二个连锁基因的杂合体与这三个连锁基因均为隐性的个体杂交，以便测定这三个连锁基因间的交换位置的百分数。

摩尔根等提出这种方法，实际上是得益于比利时的细胞学家詹森斯。这位詹森斯，在 1909 年第一次发现蝾螈性细胞染色体上的交叉结，他认为交叉结的形成是由于联会（同源染色体配对叫联会）着的同源染色体之间，曾经在非姐妹染色单体之间发生过等长度的片段互换。摩尔根等人也正是接受了这个观点，才顺利地解决了连锁基因交换的机制问题。举个例子来说，摩尔根等看到果蝇中灰体（黄体）这种体色基因与红眼（白眼）这种眼色基因是连锁的，当用二点测交时，测到的交换百分数为 1％。他们从这个 1％就得出：杂种一代的果蝇，进入减数分裂的卵母细胞中，一定有 2％的细胞在同源染色体联会时，非姐妹染色单体间，发生了等长交换。

红眼灰体杂种雌蝇由于这对 X 染色体的分离能够产生两类卵细胞，一类

卵细胞中的 X 染色体上带有二个显性基因；另一类卵细胞的 X 染色体上必然带有二个隐性基因。如果事实果真如此，那么二点测交的结果，只可能得到红眼灰体和白眼黄体这二种果蝇，而且这两种果蝇一定是各占一半（50％）。但事实却不是这样，而是除了上述两类果蝇外，还有红眼黄体及白眼灰体的果蝇。在整个测交后代中，前两类果蝇占 99％，后两类占 1％。这 1％的果蝇又是怎样产生的呢？摩尔根等认为，因为有了 1％带红眼黄体及白眼灰体基因的卵细胞才会有这 1％的果蝇。这个 1％的卵细胞的产生就是由于这对 X 染色体中非姐妹染色单体等长交换的结果。

这个杂种卵母细胞在减数分裂中，发生非姐妹染色单体间的等长交换，这样就产生了四种类型配子，两种为原来的，即两个显性基因连锁在一起，两种为交换后产生的，即一个显性基因和一个隐性基因由于交换而共处于同一条 X 染色体上，这种配子也叫作“交换型”。毫无疑问，如果一个进入减数分裂的细胞，发生了非姐妹染色单体的交换，必然产生两个交换型配子和两个未交换型（亲本型）的配子。也可以这样说：一个细胞在减数分裂时发生非姐妹染色单体之间的交换，就产生了 50％的交换型配子和 50％亲本型配子。当这些配子与双隐性雄果蝇产生的配子受精，那么出现性状重新搭配（重组）的果蝇将占果蝇总数的 50％。由此类推，如果在减数分裂时，杂种母蝇进入减数分裂的细胞，假定二个中有一个发生交换，那么这个未交换的细胞所产生的配子，一个交换型配子也没有，而交换的这个细胞产生的配子中，交换型配子占 50％，按一个细胞减数分裂结束时形成四个配子计算，则交换配子占总配子的比例就是 25％。同理，交换配子数若为 10％（交换值），则可推测，进入减数分裂的细胞中，一定有 20％的细胞发生了非姐妹染色单体的等长交换。

摩尔根带领他的助手们就是按此原理和按此方法去测定连锁基因间的交换值的，到 1914 年，共测定了位于 X 染色体上 35 个基因的交换值，当他们按照测定的交换值把连锁基因按百分数大小排列起来时，居然把连锁基因连成了一条直线。这条直线上的每个点就是每个基因的位置，这条直线代表着由基因串连起来的染色体。这条代表着基因串连而成的直线是摩尔根和他的学生把数学上的概率论用于生物学研究的杰出成果。

1915 年，摩尔根和斯蒂特文特、布里杰斯联名发表了“孟德尔遗传机理” 的文章，1917 年，摩尔根又发表了“遗传的物理基础”一书，1926 年，摩尔根汇总了所有的研究成果，写成“基因论”一书。由于他在遗传学上取得的成果，他获得了 1933 年的诺贝尔医学和生理学奖。

摩尔根及其学生们确实为自己在事业上的成功高兴，但是当他们取得一个又一个成果时，引出的问题也越来越多，最使他们困惑不解的是基因怎么能使其负责表现的身体特征显示出来，即基因靠什么机理使豌豆种子变成黄色的，使果蝇翅膀卷缩或使人的眼睛成为蓝色等问题。他们清醒地意识到，只有冲破研究基因传递行为的形式遗传学的范畴，才能使遗传学新生。但是，摩尔根等一代名流，在基因如何发挥作用这样的尖锐问题面前，已是心有余而力不足了。

正当摩尔根等一批老一辈遗传学家为遗传学的继续发展焦虑不安时，一批才气横溢的年轻人，勇敢地挑起了研究基因作用的重担。由于这批年轻人的团结战斗，终于迎来了分子遗传学的春天，第二次世界大战后的四分之一世纪就是这批青年纵横驰骋的“分子生物学时代”。