百岁白头翁
果蝇,对于接触过生物学的人来说,并不陌生。体型较小,体长3-4mm,肉眼可见,会飞,属于节肢动物门,昆虫纲,双翅目,果蝇科,果蝇属。果蝇喜食酵母菌,由于腐烂的水果易滋生酵母菌,因此果蝇广泛分布于人类居住区,常见于腐烂的香蕉、苹果等处,从这张褪色的黑白照片里那串出名的香蕉可见一斑。
图1:约年的哥伦比亚大学果蝇实验室。
图中的香蕉被用作果蝇的食物,此房间现在已经不存在。
果蝇最显著的特征莫过于那一对闪耀的红色复眼,但是年的那只白眼雄性果蝇却成就了摩尔根(ThomasH.Morgan)的一生,并使他获得了年的诺贝尔生理医学奖。
年的一天,摩尔根像往常一样,拿着放大镜在观察果蝇。突然,他意识到有一只雄性果蝇不太正常,因为它没有一对闪耀的红色复眼,取而代之的是一对白色的复眼。作为一个科研工作者,摩尔根很快意识到了这只雄性白眼果蝇的价值。他对于这个新出现的白眼表型是如何遗传,以及在后代中是如何分布的,以及是什么原因导致了白眼果蝇的出现非常感兴趣。早年受到的科研训练告诉他,为了回答这些问题,他必须设计并开展一系列有针对性的实验。
摩尔根将这只白眼雄蝇与红眼雌蝇进行了杂交(F0),然而,从子一代(F1)中并未观察到白眼果蝇。但是,摩尔根并没有放弃,他猜测白眼表型应该依然存在于子一代(F1)果蝇中,可能是一个隐性性状。为了验证这个假设,他将子一代(F1)红眼的雌、雄蝇进行了杂交,并继续追踪白眼表型。幸运的是,在子二代(F2)果蝇中,摩尔根发现,红眼果蝇:白眼果蝇=3:1,与孟德尔(GregorJohannMendel)描述的隐形表型的杂交实验十分相似。然而,奇怪的是所有的子二代(F2)白眼果蝇与他们的祖父一样,都是雄性果蝇,没有白眼的雌性果蝇。摩尔根首次发现了与果蝇性别有关的非性别表型。
此时,摩尔根对于为何白眼表型只存在于雄性果蝇中,感到迷惑。他认为可能的原因是白眼的雌性果蝇没有孵化,或者在发育的早期死亡。
为了验证这个假设,他将子一代(F1)的红眼雌蝇与白眼雄蝇进行了杂交。结果发现后代果蝇呈现,红眼雌蝇:白眼雌蝇:红眼雄蝇:白眼雄蝇=1:1:1:1。这说明,白眼表型并不会引起雌蝇死亡,而且白眼表型与性别存在多种组合方式。可是为什么在子二代(F2)中,白眼表型只出现在雄性果蝇中,依然使摩尔根感到困惑。
此时,NettieStevens和E.B.Wilson最新的工作证明性别决定与继承“附属染色体”有关,现在被称为X染色体。在阅读最新的文献之后,摩尔根意识到性别决定染色体的遗传与白眼表型的遗传有着十分密切的关系。
那么眼睛颜色与性别之间的关系到底是什么呢?
果蝇的性别决定:雌性果蝇有两条X染色体(XX),雄性果蝇只有一条X染色体(XY);雌性果蝇(XX)与雄性果蝇(XY)杂交,后代的雌性果蝇:雄性果蝇=1:1;雄性果蝇只有一条X染色体,无法反应表型的显隐性,只能反应来自母体的X染色体的表型。
为了揭开眼睛颜色与性别之间的关系,摩尔根利用白眼雌蝇与红眼雄蝇进行杂交,来追踪白眼表型是否会随着X染色体从母体遗传给雄性子代。假设白眼表型是X染色体连锁的,由于雄性子代只能从母体继承X染色体。因此,如果用白眼雌蝇与红眼雄蝇杂交,那么子代雄蝇只可能出现白眼雄蝇。事实证明了摩尔根的假设,白眼表型呈现X染色体连锁的遗传方式。
鉴于摩尔根在果蝇遗传学领域做出的重大贡献,以及培养了一批优秀的学生,获得了年的诺贝尔生理医学奖。
ThomasHuntMorgan
Born:25September,Lexington,KY,USA
Died:4December,Pasadena,CA,USA
Prizemotivation:"forhisdiscoveriesconcerningtheroleplayedbythechromosomeinheredity"
Work:Byconductingstatisticalstudiesofthewaygenetictraitsarepassedoninfruitflies,ThomasHuntMorganbrokenewgroundingeneticsduringthefirstdecadeofthe20thcentury.Hisworkconfirmedthatgenesarestoredinchromosomesinsidecellnuclei.Hecametounderstandthatgenesareorganizedinalongrowinsidechromosomesandhowtraitsrelatedtoeachothercorrespondtogenesthatlieclosetooneanotheronthechromosomes.Healsodiscoveredthe"crossover"phenomenon,inwhichpartsofdifferentchromosomescantradeplaceswithoneanother.
年的这只白眼果蝇成就了摩尔根,也给了我们很多启示。
1,在科学研究中,模式动物选择的重要性。比如果蝇,可以让你在短时间内获得大量的实验数据。
2,要有敏锐的科研视角。如果摩尔根忽略了年的这只白眼果蝇,然后就没有然后了。
3,及时阅读相关文献。要不断获取最新文献,利用最新理论来指导实验。
4,科研训练的重要性。根据科学问题,设计实验,开展实验,分析数据,提出假设,设计实验,验证假设,总结结果,形成理论。
5,科学研究需要钻研精神。如果摩尔根在第一步杂交后没有观察到白眼表型,然后就此放弃的话,也就没有然后了。
6,看来CNS一直都很重要。
ps:一直有这样一个想法,试图去做一个有点思想的人,但是拖延症和惰性,或许是我这种胸无大志的人的一个本能。这是第一篇,对于一个与果蝇打过多年交道的人,来扒一扒white或许是个最佳的出发点。
References:
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