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果蝇传奇(上)

模式生物-果蝇传奇-生命世界(下)

两千多年前，当伟大的亚里士多德正在思考生物体发育奥妙的时候，果蝇，这种如米粒般大小的昆虫就曾引起过他的兴趣。不幸的是，他认为，这种小小的昆虫发生自水果的粘液。很长时间以来，人们把果蝇这种生物归入Oinopta（嗜酒者）属，的确，这种昆虫嗜好那些因发酵而散发出酒香味的腐败水果。然而，随着生物分类研究的兴起，嗜酒者这样的名字实在难登学术的大雅之堂，于是分类学家用Drosophila代替了Oinopta，果蝇于是从一个嗜酒之徒摇身一变成为“爱露者”，这样的属名，在中国文化的语境中可真是颇有仙灵之气。
　　
　　今日世界上最为人所知的果蝇产自东南亚，在1830年它被命名为Drosophila melanogaster，意即黑腹果蝇。或许改名确实给果蝇带来了奇迹般的好运，这个体型微不足道的昆虫，在约百年后，一跃成为人世间最知名的昆虫之一。但在此之前它首先得去往新大陆才行，不过这件事难不倒它。持续数百年的大航海时代，使得东南亚的香蕉得以在十九世纪晚期被贩卖到新大陆，黑腹果蝇追随而去，旋即在新大陆繁衍开来，生生不息，由此开创出一段生物学史中最令人瞩目的传奇之一，人类文明也就此奠定经典遗传学的根基。现在，就让我们追随着果蝇的翅膀，再次回到那段生命科学史上激情肆溢、英豪辈出的纷争岁月，重温一次经典诞生的历程。 　
　　

      摩尔根的成长
　　
　　1866年，托马斯?亨特?摩尔根在美国南方的列克星敦出世，但他总喜欢说自己在1865年获得生命。1865年是美国内战的最后一年，摩尔根家族的许多成员都卷入这场战争，联系到摩尔根后来的卓越成就，这一年对摩尔根来说真是具有双重意味。因为，1865年正是孟德尔利用豌豆作为实验材料，历经数载终于发现并发表了著名的孟德尔遗传定律的年份。因此有人调侃说，1865年可真是一个适合孕育未来遗传学家的大吉之年，但细察摩尔根的研究生涯，他成为一名遗传学家实在是天意弄人。

　　摩尔根在十四岁时进入肯塔基州立学院预科学习博物学，于1886年获得理学学士学位，是当年唯一一位获得该学位的毕业生。不愿意经商的摩尔根选择了去霍普金斯大学攻读生物学硕士学位。正是在那里——当时全美最适合学习生物学的地方——摩尔根从一个单纯的描述生物现象的博物学家转变为一个实验生物学家，并由此获得了他终生信奉的科学研究原则，“实验方法的本质在于要求每一种见解（或假说）都必须通过实验的检验，然后才得以承认其科学地位……研究者必须养成一种对一切假说（特别是对自己提出的假说）的怀疑心理，而且一旦证明其谬误，要勇于抛弃之。”这种信念使得摩尔根既敢于反对权威也勇于犯错和改正自己的错误，这种勇气和理性是他同时代的科学家中非常罕见的。实际上，摩尔根常常自嘲自己所做的实验可以分为三类：愚蠢的实验和蠢得要命的实验以及比第二类还糟糕的实验。

　　1886年，获得生物学硕士学位的摩尔根已小有成就。他的母校肯塔基州立学院邀请他回校任博物学教授，但已经迷上实验生物学的他婉拒了邀请。在霍普金斯大学提供的一笔优厚奖学金的赞助下，前往马萨诸塞州的伍兹霍尔海洋生物学实验室，完成博士论文。在那里，摩尔根别出心裁的通过研究蜘蛛蟹的胚胎发育，证明把它们分入蜘蛛纲是正确的，解决了海洋动物蜘蛛蟹的分类学难题。这项研究于1890年发表在《霍普金斯大学生物实验室研究报告》杂志上，据称他那长达87页的论文，差点让这份杂志破产。摩尔根就此迷上了胚胎学，终其一生，他坚持认为自己首先是一名胚胎学家，并且始终没有真正停止过胚胎学方面的研究，然而没有人关心他在胚胎学方面所作的贡献，即使是胚胎学界的科学家也是如此。从某种程度上而言，这也可算是摩尔根个人的不幸吧，他在经典遗传学上的辉煌成就，使得他在其他诸多领域上的研究黯然失色，但公平的说，摩尔根在胚胎学、动物再生能力等研究领域提出过一系列深刻的问题，直到今天也仍然没有被真正解决。

　　1891年，获得博士学位的摩尔根，前往布林莫尔学院出任生物学副教授，潜心研究他的海洋动物胚胎发育，发现没有受精的海胆卵可以在高渗盐水的刺激下开始发育，这项发现使他于1895年成为正教授。然而摩尔根平静的胚胎学家生活在近不惑之龄被打破，他的老朋友细胞生物学家威尔逊在1903年邀请他前往哥伦比亚大学，出任全美第一位实验动物学的教授职位，并承诺他的主要工作是做研究而不是上课，到此，我们熟悉的摩尔根即将登场。而威尔逊最自豪的一件事就是，虽然他从未涉足遗传学的研究领域，但他给遗传学带来了摩尔根。
　　
　　
　　超级戏法般的孟德尔式因子
　　
　　1900年，伴随着孟德尔遗传定律的再发现，生物学界一时为之沸腾。然而孟德尔遗传定律的再发现为什么会引起如此大的波澜，这就不得不提到达尔文的《物种起源》的巨大影响。此书自1859年问世后，生物学界内部围绕该学说的争论就持续火热。至19世纪末期，生物进化是客观事实已基本没有争议，然而进化的机制是不是自然选择，却众说纷纭未有定见。要明了进化的奥妙，首要问题之一就是解决生物的遗传机制。换句话说，在那个时代，谈论生物遗传是依托在生物进化这个大背景中的一个重要话题。对生物进化的热切讨论众说纷纭，正是时代呼唤遗传学问世的契机。因此孟德尔遗传定律的再发现，立刻引起了广泛关注，并最终催生了一门新的学科——遗传学。

　　摩尔根在1903年的一本专著《进化与适应》中对孟德尔学说大加赞赏，认为建立在实验根基上的孟德尔遗传定律既简洁明了又适用广泛。其后他还撰写了多本有关进化的专著，当然他没有忘记他的胚胎学家身份，强调研究进化应该以胚胎发育为重点而不是古生物学。然而当他用家鼠作实验材料，试图重现孟德尔式遗传现象时，很快发现生物性状的遗传规律并非那么简单，事实上这也正是孟德尔的研究在当年未受到应有重视的重要原因。他开始怀疑所谓孟德尔式因子（今日的基因）是否真的独立存在和自由组合——即著名的孟德尔分离定律和孟德尔自由组合定律。

　　到了1909年，摩尔根认为孟德尔得到的赞誉超过了他学说的真实价值，甚至有将遗传学研究导入了歧途的可能性，也许只有豌豆才符合孟德尔所发现的遗传规律。因此，他在美国育种协会的一次著名会议上发表尖刻评论，抨击人们对孟德尔学说的盲目热情，“当今，在解释孟德尔学说的过程中，一些事实很快被转换成‘因子’。如果一个因子不能解释事实，那就找来两个因子；如果两个仍然不够，就造出三个因子来。为了解释实验结果，有时得乞灵于这种超级戏法。要是我们过分轻信，就会受到蒙骗，觉得实验结果得到了圆满解释；殊不知人们想出这些解释，其目的只不过是为了解释实验结果。我们从事实倒退到‘因子’，然后叫一声‘变’，又由这臆造出来的因子来解释事实……”在清晰的知道孟德尔式遗传定律的适用情况的今天，这段讲话中体现出的科学研究内涵，值得每一个真的愿意明了科学是怎么发展起来的人深思。

    “用进废退”的果蝇　　
　　
　　现在是果蝇登场的时候了。在那个遗传学萌芽时期，百家争鸣的时代，人们使用过多种生物作为实验对象，然而果蝇却别具遗传学研究的独特优势。它繁殖迅速且后代数量惊人，一只雌性果蝇在其约十四天的生命周期中可产卵上千，而且饲养方便并廉价，只需一点点香蕉即可。
　　不过，在那个时代，人们尚无今日之模式生物的想法，那还得等到摩尔根成功的建立经典遗传学说以后，人们对此才会有深刻体会。果蝇要飞进摩尔根的视线需要别的原因才行，前面的“广告词”纯属事后诸葛般的解释。
 
　　此时的摩尔根正迎来人生创造力的鼎盛时期，他不仅质疑孟德尔学说，对染色体学说也持怀疑态度，而更强调细胞质的作用，尤其在生物性别是如何被决定的问题上。在那个时期，他经常同时进行几十个实验，验证流行的假说以及自己的猜想，其中的大多数实验都走入了死胡同。虽然摩尔根并不相信拉马克的获得性遗传学说，但他的用进废退学说似乎很有道理。当然实验才是一切，个人情感并不重要。果蝇这个传代迅速的昆虫，看起来是个很好的验证工具。1908年，摩尔根让他的研究生佩恩——曾研究过无眼盲鱼——用果蝇验证用进废退学说。佩恩在窗台上放香蕉诱捕不幸的果蝇，在长达两年的时间里，将它们置于黑暗中繁殖。试图通过在黑暗的环境中传代果蝇，以产生一种丧失视觉甚至眼睛的果蝇。结果自然是让人失望，两年的时间太短，不足以发生什么了不起的变化。
　　
　　1904年，发现月见草突变现象的德弗里斯提出突变应该可以通过人工方法诱发，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）。摩尔根曾经拜访过德弗里斯，认为突变论比自然选择更适合用来解释生物进化。在验证用进废退失败后，他和佩恩一起再次使用果蝇，试图通过某种人工方法诱使其突变。他们用射线照射它，不让它睡觉整日整夜的摇动它，给它喝糖水、咸水、酸水或碱水，改变光照强度时间等等，一切能想到能做到的“蠢事”似乎都做了，然而果蝇们不为所动，伤透了摩尔根的心。当布林莫尔学院的老同事罗斯?哈里森来访时，他沮丧的心情也到达顶点。

　　事实上，摩尔根不是第一个使用果蝇来研究突变的人。最初是哈佛大学的卡斯尔提出使用果蝇来进行研究，他的学生伍德沃德使用它来做近交研究，他还将果蝇推荐给了卢茨。卢茨利用果蝇发现了一种突变，当摩尔根对人工诱变产生兴趣时，他推荐了他所研究的果蝇给摩尔根。于是摩尔根的实验室有了两种家系的果蝇，一种来自佩恩诱捕的野外果蝇，另一种来自卢茨，这给后来的果蝇传奇带来了一点小波折。(作者:逍遥 来源:《生命世界》2007年第4期)