人类认识史上一大奇迹，这本书揭开了性别之谜

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在人类探索生命奥秘的历史长河中，科学家们曾经面对一个神秘而引人入胜的问题：性别究竟是如何决定的？



古代人对此曾经有过许多猜测。古希腊传播很广的是“左右”学说，认为来自男性右侧睾丸的精液生男孩，来自左侧睾丸的精液生女孩。古代印度则有另一种“左右”学说，认为在女性子宫右侧受孕会生男孩，在子宫左侧受孕会生女孩。


一直到19世纪，关于性别决定问题，仍然盛行着种种猜测性的说法，直到摩尔根的《基因论》揭示了性别的奥秘。他的学说不仅在遗传学领域开辟了新的篇章，更是人类认识史上的一大奇迹。




摩尔根和《基因论》，这本书是摩尔根一天生果精华的总结，在遗传学中的地位，相当于牛顿定律之于经典物理学、相对论之于现代物理学。


他的研究表明，性别并非简单的命运安排，而是由基因在染色体上的特定排列所决定的。摩尔根以其深邃的洞察力和不懈的科研精神，为我们徐徐揭开了性别与生命传承之谜的神秘面纱。






种瓜得瓜，种豆得豆
遗传学如何从猜测走向科学？


遗传学是一门年轻而又古老的学科。20世纪初孟德尔定律被重新发现后，科学的遗传学才建立起来，但是，从古代起人们就开始思索遗传问题了。“种瓜得瓜，种豆得豆”，“好种出好苗”，这些来自生产经验的俗语，已经包含了原始的遗传学知识。


古希腊的希波克拉底曾提出“泛生说”，认为生物的各个器官中都有决定该器官特征的“胚芽”，各器官的胚芽通过血液运行集中到生殖器官中，遗传给下一代。亚里士多德认为，雄性的精液决定了下一代的特征，母体的作用是给胚胎发育提供营养。



希波克拉底（约公元前460-前370年），古希腊医学家，被称为“医学之父”，主张疾病有自然缘故原由，对后世影响深远。


19世纪前，遗传研究多停留于猜测，Galton的融合遗传理论虽有影响，但未能解释生物进化的关键机制。


1865年孟德尔通过豌豆杂交试验提出了两条遗传学基本定律，创新性地采用数量统计和假设演绎法，提出了分离定律和自由组合定律，从而否定了融合遗传理论。



左：孟德尔在花房做豌豆实验
右：孟德尔记录豌豆杂交的笔记


然而，孟德尔定律长期被忽视，直至1900年被德弗里斯等人重新发现，遗传学才逐渐受到广泛关注。1905年，贝特森提出“遗传学”一词，1906年在国际遗传学大会上确立该学科地位，遗传问题今后成为独立研究领域。


摩尔根在孟德尔理论基础上发展出基因论，通过果蝇杂交实验发现伴性遗传，进一步推动了遗传学的发展。果蝇作为遗传研究质料的优势显著，包括体型适中、易豢养、繁殖快、遗传物质观察方便等，为摩尔根的研究提供了有力支持。


摩尔根通过一系列经心设计的实验，验证了孟德尔定律，并首次将基因定位于染色体上，为染色体遗传学奠定基础。摩尔根提出的伴性遗传理论，不仅解释了果蝇白眼性状的遗传机制，还为人类遗传病如色盲、血友病的遗传模式提供了合理解释，极大地丰富了遗传学的理论和应用。






性别是如何被决定的
摩尔根遗传学的重要贡献


孟德尔作为遗传学的先驱，不仅揭示了遗传因子如何控制植物的高度、颜色等性状，还推测了性别这一关键特征可能也受遗传因子的影响。


摩尔根对这种说法曾提出质疑，他说，如果有性别决定遗传因子，那么雌雄哪一方是显性呢？进入20世纪，随着细胞学研究的深入，关于性别决定机制的谜团开始逐渐揭开。


细胞学家们观察到，生物体的雌雄个体在染色体构成上存在显著差异，特别是一对特定的染色体——性染色体，正是这对染色体决定了生物性别。





尽管性染色体学说的提出为性别决定机制的研究带来了重大进展，但它也面临着诸多挑战。首先，细胞学家们虽然观察到了性染色体的存在，但并未能提供确凿的实验证据来支持其决定性别的观点。


其次，性染色体决定性别的方式并非一成不变，存在多种差别的模式，如XX-XY型和ZW-ZZ型，前者在哺乳动物、多数昆虫以及某些鱼类和两栖类中被发现，而后者则主要存在于鸟类、爬行类以及少数昆虫中。这两种模式在外貌上看似相反，但实际上都揭示了性染色体在性别决定中的重要作用。


为了验证性染色体学说的正确性，摩尔根选择果蝇作为实验对象。通过对白眼果蝇的深入研究，他发现了伴性遗传现象，即某些遗传特征与性别精密相关。


摩尔根的白眼果蝇实验还揭示了另一个重要现象——交叉遗传。他用白眼雌蝇与红眼雄蝇进行交配，发现子代雌蝇全部继承了父本的红眼特征，而雄蝇则全部继承了母本的白眼特征。这一现象表明，性染色体在遗传过程中具有独特的传递方式。



怀念摩尔根1933年得到诺贝尔奖的邮票，展示了他用果蝇进行遗传学实验的成果以及染色体的示意图。


面对摩尔根实验中出现的个别例外情况（如白眼雌蝇和红眼雄蝇的罕见出现），摩尔根的助手布里奇斯进行了深入研究。他提出了性染色体不分离理论来解释这些例外现象，并预言了差别基因型合子的发育结果。


基于上述研究成果，摩尔根对性别决定机制的理解进一步加深。他认为，尽管XX-XY型和ZW-ZZ型在形式上存在差异，但从本质上说它们都是性染色体决定性别的方式之一。



摩尔根发表在《科学》杂志论文中果蝇杂交实验的遗传图解


随着研究的深入，科学家们发现伴性遗传现象不仅存在于果蝇等昆虫中，还广泛存在于其他生物体中。性染色体学说成为解释生物体性别决定机制的主流理论之一。






读懂遗传学的深刻革命
21世纪将是生物学的世纪


20世纪是科学技术大发展的世纪，生物学是发展最快、影响最大的学科之一。在20世纪后期的科技文献中，大约有1/3是属于生物学方面的。


有人曾预言，21世纪将是生物学的世纪，生命现象的秘密将被进一步揭开，生物技术将对社会发展产生重要影响。



英国旅美物理学家Freeman Dyson说：“二十世纪是物理学的世纪，二十一世纪是生物学的世纪。”


生物学分支学科甚多，遗传学是20世纪生物学中发展最迅速的学科之一。19世纪末，科学的遗传学尚未建立起来，人们对遗传的认识还主要基于猜测和思辨。


到20世纪末时，对遗传的认识到达分子水平，已经可以用基因工程技术定向地改变生物的遗传性。遗传学由生物学中一个发展滞后的学科，一跃成为领先的学科。


摩尔根是经典遗传学中成绩最大的人，是基因论的提出者，是经典遗传学的旗帜。由他开创的摩尔根学派是经典遗传学的主流学派，他和他的助手们的研究成果是经典遗传学的代表，他的学生和学生的学生遍布世界。


摩尔根全面论述遗传的染色体学说的理论著即《基因论》一书，其主要内容可以概括为以下几个方面：


1.证实了孟德尔的遗传学说，生物的性状是由遗传因子（即基因）决定的，基因是长期稳固的、颗粒性的，可以区分为一个个单位。


2.证明了基因是存在于染色体上的。


3.发现了基因的连锁和交换，只有位于差别染色体上的基因才可能自由组合。孟德尔提出的遗传因子自由组合定律只是遗传上的特例。这如同在爱因斯坦提出相对论以后，牛顿力学定律成为在一定条件下才气适用的特例。


4.证明了生物的性别是由其染色体的构成状况决定的。


5.证明了基因以直线形式排列于染色体上，并根据基因之间的交换率确定了位于同一染色体上的基因的相对位置，绘出了表示染色体上基因排列状况的遗传学图谱。


6.证明了突变是基因的非连续变化。


7.发现了染色体畸变（重复、缺失、倒位、易位、三体、多倍体等）对遗传的影响。


8.发现了基因的多效性（一个基因可以影响多个性状）和多基因遗传（一个性状受多个基因控制）。


《基因论》不仅是对遗传学的一次深刻革命，更是生物学史上的一座丰碑。摩尔根以其敏锐的洞察力和严谨的实验精神，为我们揭示了基因、染色体与遗传之间的奥秘，为后续的生物学研究奠定了坚固的基础。


让我们在摩尔根的引领下，继承前行在探索生命的道路上，去追寻那些隐藏在基因背后的真相与奇迹。




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基因论
[美]摩尔根 著 卢惠霖译

来源：https://view.inews.qq.com/k/20240920A01DLX00
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