果蝇的传说
当今世界上最著名的果蝇来自东南亚。1830年命名为黑腹果蝇，意为黑腹果蝇，即黑腹果蝇。也许改名确实给果蝇带来了奇迹般的好运。这种不起眼的昆虫在大约一百年后成为世界上最著名的昆虫之一。但在此之前，它得先去新世界，但这件事打不过它。在长达几个世纪的航行中，东南亚的香蕉在19世纪后期被卖到新大陆，随后黑腹果蝇随即在新大陆大量繁殖，从而创造了生物学史上最卓越的传奇之一，奠定了经典遗传学的基础。现在，让我们跟随果蝇的翅膀，再一次回到生命科学史上激情澎湃、英雄辈出的年代，重温一部部经典的诞生。
摩根的成长
1866年，托马斯·亨特·摩尔根出生在美国南部的列克星敦，但他总喜欢说，他是在1865年得到了生命。1865年是美国内战的最后一年，摩根家族的很多成员都卷入了这场战争，这与摩根后来的卓越成就有关。对摩根来说，这一年真的有双重意义。因为，1865是孟德尔用豌豆做实验材料的年份，几年后终于发现了它，并公布了它的遗传规律。所以有人开玩笑说，1865真的是一个孕育未来遗传学家的好年头，但细看摩根的研究生涯，他成为了一名遗传学家。
摩尔根十四岁进入肯塔基州立学院预科学习自然历史，1886获得理学学士学位。他是那年唯一获得这个学位的毕业生。不愿经商的摩根选择在霍普金斯大学攻读生物学硕士学位。正是在那里——当时美国研究生物学的最佳地点——摩尔根从一个单纯描述生物现象的博物学家变成了一个实验生物学家，并由此获得了他一生信奉的科学研究原则。
这种信念使得摩尔根不仅敢于反对权威，而且敢于犯错，敢于纠正自己的错误，这在他同时代的人当中是非常罕见的。事实上，摩根经常自嘲说，他的实验可以分为三类:
从65438到0886，拿到生物学硕士学位的摩根小有成就。他的母校肯塔基州立学院邀请他回校担任自然历史教授，但此时的摩根无法放弃实验生物学的诱惑。霍普金斯大学为他提供了丰厚的奖学金，于是摩根有机会去马萨诸塞州的伍兹霍尔海洋生物实验室完成博士论文。
摩尔根对蜘蛛蟹胚胎发育过程的巧妙运用，证明了蜘蛛蟹这个名字不是白叫的，应该归入蜘蛛类，一扫以往的所有抱怨。据说他的87页论文差点让霍普金斯大学生物实验室的期刊研究报告破产。
摩尔根对胚胎学非常着迷，终其一生，他都坚持自己首先是一个胚胎学家，从未真正停止过对胚胎学的研究。但现在没人关心他对胚胎学的贡献，甚至是胚胎学的后辈。在某种程度上，这可以视为摩根个人的不幸。他在经典遗传学方面的辉煌成就使他在其他许多领域的研究黯然失色，但公平地说，摩尔根在胚胎学、动物再生能力等研究领域提出了一系列深刻的问题，直到今天也没有得到真正的解决。
1891年，获得博士学位的摩根前往布林莫尔学院担任生物学副教授，致力于研究海洋动物的胚胎发育。他被提升为正教授，因为他发现未受精的海胆卵在高渗盐水的刺激下可以开始发育。然而，摩根作为胚胎学家的平静生活在他接近不惑之年时被打破了。他的老朋友细胞生物学家威尔逊邀请他到哥伦比亚大学做美国第一个实验动物学教授，并承诺他的主要工作是做研究而不是上课。至此，折磨生物学生的摩根就要登场了。威尔逊显然对此非常自豪。毕竟不是每个人都有机会成为伯乐。
超级神奇的孟德尔因子
1900年，随着孟德尔遗传定律的重新发现，生物学领域沸腾了一阵子。然而，孟德尔遗传规律的重新发现为什么会引起这么大的波澜？这是因为在当时，虽然大家都已经接受了达尔文的生物进化的推论，但是对于进化的机制是不是物竞天择，还是众说纷纭。要了解进化的奥秘，首先要解决的问题之一就是解决生物体的遗传机制。换句话说，在当时，谈论生物遗传是生物进化背景下的一个重要话题。对生物进化的热切讨论众说纷纭，这是时代呼唤遗传学来临的契机。因此，孟德尔遗传定律的重新发现立即引起了广泛关注，并最终诞生了一门新的学科——遗传学。
摩尔根在1903年的专著《进化与适应》中对孟德尔的理论大加赞赏，认为孟德尔以实验为基础的遗传规律简明扼要，适用广泛。后来，他还写了许多关于进化论的专著。当然，他也没有忘记自己胚胎学家的身份，强调对进化的研究应该着眼于胚胎发育而不是古生物学。然而，当他试图以家鼠为实验材料重现孟德尔遗传现象时，很快发现生物性状的遗传规律并不那么简单。事实上，这也是当年孟德尔研究没有得到应有重视的重要原因。他开始怀疑所谓的孟德尔因子(基因)是否真的独立存在，并代代自由组合——著名的孟德尔分离定律和孟德尔自由组合定律。
到了1909，摩尔根认为孟德尔的赞美超过了其理论的真实价值，甚至将基因研究引入歧途。也许只有豌豆等少数物种符合孟德尔发现的遗传规律？为此，他曾在美国育种协会的一次会议上发表尖锐评论，抨击人们对孟德尔理论的盲目热情。
在对孟德尔遗传规律的应用有了清晰认识的今天，这篇演讲所体现的科学思维内涵，值得每一个真正想了解科学是如何发展的人深思。
1.父母体内有一对因子(基因)，可以决定遗传特征。
2.成对的因子在杂交过程中会分离和重组。(第一定律)
3.不同遗传特征的基因是独立的，互不干扰。(第二定律)
“用进废出”的果蝇
在遗传学的胚胎时期，许多种类的生物被“还原”为实验对象。但是果蝇有独特的优势。首先，果蝇繁殖迅速，后代数量惊人。一只雌性果蝇只活14天左右，却能产上千个卵。这意味着实验周期短，很多后代特别适合遗传学家发现一些奇怪的突变。另外，果蝇很好伺候，只需要一点香蕉就能满足需求。这意味着，即使你没有钱，你也可以成为一名遗传学家。要知道，在那个年代，可没有国家研究基金这种馅饼。毫无疑问，果蝇是遗传学家的最佳伙伴。
但当时人们往往是为了方便使用身边的材料，并没有需要特殊模式生物进行研究的想法。只有在摩尔根成功地建立了经典遗传学理论之后，其他研究者才会对此有深刻的理解。所以果蝇要想飞进摩根的视线，需要一些特殊的原因。前面的“广告词”纯属事后诸葛亮。虽然，很多羡慕的同事无数次的想过，如果我早点用果蝇做实验材料。........
此时的摩根正迎来人生创造力的全盛时期或者尤其是高二，或许是中年的心理危机。这时，他不仅质疑孟德尔的理论，也怀疑最新的染色体理论。他坚持认为秘密不在细胞核，而在细胞质，尤其是在性别决定这个具体问题上。
那段时间，他经常同时进行几十个实验，验证流行的假说和自己的猜测，大部分都走进了死胡同。虽然摩根不相信拉马克的后天遗传理论，但他的物尽其用辍学理论似乎是合理的。当然，实验就是一切，个人感受不重要。1908年，摩尔根让他研究过盲鱼的研究生佩恩用果蝇来验证辍学理论。佩恩把香蕉放在窗台上诱捕不幸的果蝇，两年来，让它们玩“关灯都一样”的游戏。按照退学的理论，似乎这样应该可以培养出自爆的果蝇。结果自然令人失望。首先，两年时间太短，无法做出什么大的改变。其次，盲鱼失去眼睛的真正原因，并不是用眼睛来摆脱眼睛那么简单。但这次失败的实验让摩根意识到了果蝇的优势。
1904年，发现月见草变异现象的德弗里斯提出，应该用人工的方法诱导生物变异，比如新发现的伦琴射线(X射线)和居里射线(居里夫人发现的放射性镭)。摩根曾经访问过德弗里斯，认为突变理论比自然选择更适合解释生物进化。在未能验证果蝇的用途后，他和佩恩再次使用它，试图通过某种人工方法诱导其突变。他们用射线照射它，让它日夜保持清醒，摇晃它，给它糖水、盐水、酸水或碱水，改变光照强度和时间，等等。能想到的“蠢事”都做了，但果蝇不为所动，伤透了摩根的心。布林莫尔学院的老同事罗斯·哈里森来访时，他的抑郁症达到了顶峰。
事实上，摩根并不是第一个利用果蝇研究突变的人。哈佛大学的卡塞尔最早提出用果蝇进行研究，他的学生伍德沃德用它进行近亲繁殖研究。他还向卢茨推荐果蝇。Lutz利用果蝇发现了一个突变。当摩根对人工突变产生兴趣时，他向摩根推荐了他研究的果蝇品系。于是摩根的实验室出现了两个果蝇家族，一个来自佩恩诱捕的野生果蝇，另一个来自卢茨，这给后来的果蝇传说带来了一点转折。
果蝇传说中的白眼
就在摩根绝望的时候，1910年5月，摩根实验室的培养瓶中出现了一只白眼果蝇。此外，摩根对人才很有眼光，先后招募了两名本科生——斯图·泰文托和布里奇斯——到他的实验室，还招募了威尔逊的一名研究生缪勒。他们的默契结合成为科学史上的一段佳话。有了他的得力助手和即将为经典遗传学的宏伟大厦奠基的白眼果蝇，摩尔根作为一个遗传学家已经注定了要留在未来。他坚持把自己没有放弃的胚胎学研究引入科学史，不会再有人关注。
然而，这种白眼果蝇的起源却相当模糊。卢茨说，黑腹果蝇最早出现在他的实验室里，他把这种弱突变体的后代给了摩根，摩根通过杂交实验使这种性状再次出现，但摩根对此予以否认。他说，虽然他在卢茨的实验室里见过几只白眼果蝇，但它们都死了。他宁愿认为这只白眼果蝇是天赐之物，它的祖先更有可能是从窗户飞进来的，而不是从鲁兹提出的果蝇。但是，纠结于此事，并无实际意义。卢茨自己也说，他一开始并没有意识到白眼果蝇的巨大价值，否则他也不会慷慨地赠予它的后代。
然而这种即将载入史册的白眼果蝇却很弱小。也许摩根从鲁兹的实验中学到了一些东西。他把这只“白眼”单独装在一个培养瓶里，晚上睡觉前放在床上。那时，摩根的第三个孩子出生了。当他去医院探望妻子时，摩根夫人的第一句话是“白眼怎么样了？”。十天后，这只白眼果蝇与一只正常的红眼雌蝇交配后死亡，并遗传了1240个后代。这些后代后来繁衍成一个大家族，正是他们建立了古典遗传学的宏伟大厦，一扫对染色体、基因和基本生物遗传模式的混乱认识。
摩根通过分析第一代和十日姐妹会后第二代的白眼性状，发现白眼性状的遗传方式基本符合孟德尔遗传学理论中的分离现象，不存在融合遗传现象，即一只眼白一只眼红，或者半白半红。事实上，几乎所有的后代都是红眼的(但有三只白眼果蝇，至今仍是个谜)，第二代中约有1/4的后代是白眼果蝇。这个实验事实使得摩尔根回到了孟德尔遗传学理论的框架中，至少在果蝇中是这样的。然而，更独特的是，所有的白眼果蝇都是雄性。为了解释这种奇怪的现象，摩根将果蝇杂交，得到了白眼雌果蝇。在与正常的雄性果蝇交配后，她的后代中大约有一半是白眼，而且都是雄性！
很清楚，白眼性状和决定因素(很快改名为基因)是有联系的，是一起遗传的，这两个性状在遗传时不符合孟德尔的自由组合定律。很快，这个实验结果让摩根和威尔逊意识到，人类色盲和血友病的基因模式和果蝇是一样的。这可能会极大地鼓舞摩根，因为这意味着人类的基因模式很可能与果蝇相似，甚至原则上完全相同也是未知。
虽然摩根已经知道雌性果蝇有两条X染色体，但雄性果蝇只有一条。但他还是下不了决心把基因放到染色体上。他认为把一个假设放在另一个尚未被肯定的假设上是非常冒险的，而且作为一个博物学家，他清楚地知道一些鸟类和飞蛾的遗传性状更多地出现在雌性身上，这似乎表明X染色体和性别决定之间的关系相当神秘。这也可以从他在1910年5月提交给美国博物学家的论文中看出。
因此，摩尔根宁愿构思一个非常复杂的解释，也不愿采用染色体来简单解释这种性连锁遗传的机制。虽然解释的细节在今天是完全错误的，不，在几年后的摩尔根看来是，但勇于实验，谨慎解释实验现象和提出假说，一直是摩尔根的天性。需要更多的突变和更多的实验来将染色体与基因联系起来。
变成更多的突变。
如果世界上真有幸运星高照的事情，那么在随后的几个月里，摩根的实验室就是一个好运发生器，原本罕见的突变开始频繁发生，几乎每个月都会发现一个新的突变，以至于后来的当代遗传学家都感叹果蝇是摩根的宠物。遗憾的是，由于他当时没有仔细统计突变的频率，今天我们只能猜测，或许摩根最初对果蝇的折磨，尤其是辐射暴露，终于有了回报。
在白眼突变后，摩根的实验室得到了粉红眨眼和朱砂眨眼的突变，其中朱砂眨眼的突变和白眼的突变是一样的，粉红眨眼和白眼的特征完全符合孟德尔的自由分离现象。摩根开始相信染色体理论可能是正确的，基因位于染色体上。至于孟德尔遗传学，摩尔根毫不怀疑。下一步就是证明性状的遗传是在群体中进行的，即同一群体，即位于同一染色体上的，是连锁遗传，而不同群体的性状遵循自由组合的规律。
然而，当这个关键假设被提出时，摩根正面临一个难题，小翼突变。这也是一种伴性基因突变。根据联动假说，小翼应该和白眼属于同一组。也就是说，既有白眼又有小翼的杂交雌性黑腹果蝇的后代应该是同时出现或者不出现的，而正常白眼和小翼的后代很少。看似发生了一定程度的自由组合，但与正常的自由组合相比，比例明显不对。在1911的后半部分，摩尔根受到詹森提出同源染色体的一些相应片段可能互换的启发，提出同一条染色体上的基因是可以互换的，并且他还认为基因在染色体上是线性排列的，相距越远，互换的可能性越高。这个假设发表在《科学》杂志上，接下来的任务就是验证或者推翻它。Stu Tyvento率先认为交换的频率可以作为染色体上的基因图谱，即基因之间的相对位置关系。他利用几个已知的突变基因绘制了果蝇的第一张染色体基因连锁图。
到1912年底，摩根和他的助手们已经发现了40种果蝇突变。为了快速识别每种突变属于哪一组，摩根将白眼突变定义为第一组，斑点突变定义为第二组，橄榄体色突变定义为第三组，因为这三种突变相互之间具有标准的自由组合关系。在实验室中对这三种突变果蝇进行传代，将新的突变分别与它们杂交，通过姐妹杂交的方式繁殖后代，然后仔细分析后代的性状，以便进行分组。当然，这个事情理论上很简单，需要培养上百万只果蝇。摩根很快发现，香蕉汁实际上可以满足果蝇的需求，而不需要廉价的香蕉。哥伦比亚大学的很多学生都参加了，把果蝇带回家统计，以至于一个学生的孩子骄傲地对别人说:“我爸爸的工作就是为哥伦比亚大学数苍蝇！”" .
到1914时，他们成功地将发现的所有突变归为三组，即三个连锁遗传组，并做了详细的连锁图谱，但麻烦的是果蝇有四对染色体。但是，摩根一直很有信心，他预言一定会有第四个联动组。果不其然，缪勒很快发现了一种新的变异弯翼，并证实它和三种基本变异相互自由结合。到目前为止，已经发现了四个连锁群。而且连锁群性状的数量也与染色体的大小有关。第四连锁群所在的染色体最小，发现的突变也少很多。
1915年，摩根和他的三个助手合著了《孟德尔的遗传机制》。这部专著对果蝇的研究进行了全面的总结，是第一本试图只用染色体来解释遗传问题的书。要知道，当时人们对染色体的了解并不多。这部专著彻底确立了摩尔根在遗传学研究中的地位，他也因此被称为20世纪的孟德尔。后来bridges发现了染色体不分离的现象，所以果蝇后代的染色体数量会比普通果蝇多或少。对这些果蝇的遗传分析进一步显示了染色体遗传理论的力量，这使得少数怀疑染色体遗传理论的学者开始承认摩尔根是正确的。此后，摩根学派推导出染色体上的一些片段会被删除、复制和倒位，以便解释各种果蝇中的遗传现象。
1933年，在诺贝尔诞生一百周年之际，摩根获得了诺贝尔生理学或医学奖。他以前被提名过两次，但该奖项只颁发给了医生或医学院教授。但摩根委婉地拒绝出席诺贝尔生日当天在斯德哥尔摩举行的盛大宴会，称愿意第二年夏天去瑞典，理由是工作太忙，比如筹备成立生理研究中心。然而，另一个原因可能更真实。1933年初，海茨和鲍尔在果蝇唾液腺中重新发现了巨型染色体。此前，摩尔根学派做出的所有关于染色体的推论，现在都将面临真正的考验。那些巨型染色体上的无数条纹会让之前的推论和假设通过显微镜直接观察到。因此，摩根的假设面临着严峻的考验。我不知道这是我们的运气还是摩根的运气。研究最终证明染色体遗传理论是正确的，连锁图谱基本准确。
永恒的果蝇
摩根的故事结束了，但果蝇还在飞。到目前为止，我们已经从果蝇身上学到了很多关于最深刻的胚胎发育过程和神经系统的运作。
在1983期间，戈林的实验室意外发现了控制体节发育的同源异态基因，它们都有一个高度相似的DNA片段，他们称之为同源盒。随后的研究发现，这种DNA片段广泛存在于自然界的各种生物中，包括人，序列高度保守，功能相似。这一发现引起了许多惊奇。我们和果蝇的祖先在几亿年前就分道扬镳了，但我们和它们在胚胎发育的基本结构上，依然沿用* * *继承祖先的方案。
2005年7月，《细胞》发表了奥地利研究人员德米尔和迪克森的最新研究，他们通过修改果蝇的不结果基因，使雄性果蝇“同性恋”，而雌性果蝇则表现出向同性求爱。
同年7月，果蝇飞入我们的实验室，中科院郭建增博士在《科学》杂志上发表文章，在果蝇学习记忆能力的研究上有重大发现。他发现，在一定的时空条件下，如果果蝇同时使用视觉和嗅觉，会出现双赢的局面，学习和记忆会相互传递。2006年2月，中国科学家和外国合作者在《自然》杂志上发表论文，首次证明果蝇中央大脑中的一个扇形结构参与了视觉模式识别过程。
永恒飞翔的果蝇到底有多少秘密，等待人类进一步深入探索？