摩根對染色體學說的抗拒

西元1910年，摩根Thomas Hunt Morgan以果蠅實驗確認並接受染色體即為攜帶遺傳性狀的載體，此舉被喻為二十世紀最重要的科學發現，然而隱藏在此背後的卻是1880到1910年間，默默為其鋪路，鮮少為人提起的科學歷史事件。

1865年，孟德爾(George Mendel)根據豌豆雜交實驗發表了遺傳學的新理論，提出遺傳是獨立因子在世代傳遞的概念，認為遺傳應是顆粒性的。然而19世紀主流的遺傳學說是建立在融合的想法上，子代即為兩親代生殖物質的融合，通常子代會與親代極為相似，或是恰為兩親代的混合，稱為融合遺傳學。

雖然成功，融合遺傳學說卻有一個重大的缺失—無法解釋個體的變異從何而來。 此時，某些生物學家開始認真思考顆粒遺傳的可能性。首先，達爾文在《泛生論》Provisional hypothesis of pangenesis中提出「芽球 (gemmule)」這個想法，他認為，生殖物質就是由許許多多芽球所組成，進而生長、形成一個新的生物體，且芽球在天擇壓力下能夠產生改變，進而造成子代的變異，此假說亦受到美國生物學之父、忠實的達爾文擁護者威廉.布鲁克 (William Keith Brooks)的支持，布魯克甚至於1883年發表了以此假說為基礎的專論—《遺傳法則》The Law of Heredity。 而在差不多同一時期，德國細胞學家華爾特．佛萊明 (Walther Flemming)於1879年發現細胞核中一種可被染色的絲狀物體，稱為染色質 (chromotin)，任職於德國佛萊堡Freiburg大學的生物學家奧古斯特·魏斯曼(August Weismann)猜想，或許有一種與遺傳性狀相關的微粒物質就位在染色質上。1888年，德國生物學家沃爾德耶(Wilhelm Waldeyer) 將細胞核中染色質構成的部分正式命名為染色體 (指「被染色的部分」)，荷蘭生物學家許霍·德弗里斯 (Hugo de Vries) 隨即提出細胞核中的此部分就是由肉眼無法見的胚芽pangenes所構成，而胚芽即是「包含所有遺傳性狀的特殊微粒」。於是十多年後，到了1900年，塵封35年的孟德爾遺傳學論文，終於再次被人提及，關於這個假想中的特徵微粒也有越來越多的猜測。

可是關於顆粒遺傳的討論仍然不是主流，年輕的美國生物學家，像是艾德蒙‧威爾森(Edmund Beecher Wilson)和湯瑪士‧摩根(Thomas Hunt Morgan)則希望仰賴實驗及研究證據來闡明對於遺傳及變異的新理解，轉而向胚胎學尋求解答，他們相信達爾文所稱，胚胎中保留了與祖先的關聯，意即演化的訊息，要是果真如此，胚胎必定能為遺傳及變異帶來解釋。拜19世紀新科技發展所賜，科學家得到前所未見的機會，得以操作實驗及進行劃世代的研究，尋找遺傳及變異解答之路便逐漸往新興生物研究室及學術機構邁去。

威爾森和摩根或許是布鲁克在約翰·霍普金斯大學 (Johns Hopkins University)最知名的兩個學生。威爾森在霍普金斯時便對顯微技術及細胞學極為熟稔，更於1882年離開美國前往歐洲的生物學實驗室學習深造，1890年代，威爾森回到美國哥倫比亞大學教授細胞學和顯微技術，同時加入伍茲霍爾海洋研究所(Wood Hole Marine Biology Laboratory, MBL)，與埃德溫·康克林(Edwin G. Conklin)共同鑽研細胞譜系，並時常和摩根及MBL的同事討論發育議題的重要性。此時的威爾森雖早已熟知發育細胞中染色體整齊的排列模式，但他仍然質疑這種結構可以用來解釋遺傳及變異有關，甚至日後，當染色體在細胞分裂及減數分裂中的行為之研究愈臻完善，性染色體及性別二型性的關係也被提出，威爾森還是不曾對染色體有更多著墨。

摩根同樣是一位傑出的胚胎學家，同樣也強調發育對遺傳及變異的重要，他認定解答根生於生物體本身，是可見可察的，並不是什麼假想的微粒。對摩根來說，染色體的理論都帶著點預成論(preformation)的意味，好像遺傳是全然接收親代的現有設計，而身為一個受胚胎學洗鍊的新時代生物學家，未分化、未成形物質的後天發育(epigenetic development)才是遺傳的真理。但20世紀早期，越來越多的證據再再揭露染色體在遺傳中扮演的角色，1903年，威爾森的學生華特‧薩登(Walter S. Sutton)在《生物學通報》Biological bulletin的一篇文章中發表染色體和孟德爾單元性狀(unit characters)之間有所關連，而這又進一步與昆蟲的性別二型性有關，這項新資訊可以解釋何以遺傳物質可為微粒狀，但又能保有變異的連續特性。然而摩根始終堅信顆粒說無法解釋遺傳及變異，並在接下來的幾年對染色體學說充滿敵，稱他個人「不熱衷時下這種什麼都歸因於染色體的做法，我彷彿身處水深火熱之中，因為身邊的人皆因一些可染色的酸類及藍色染劑就感到滿足」。他呼籲大家思考遺傳及變異的議題時，應著眼於內在因素(化學性以及生理性的)，而不是外在因素(預先形成的染色體)。

就在幾年後，剛起步的果蠅研究讓摩根有所軟化，開始能夠接納一些新想法。1910年，歷經一年多的果蠅研究後，摩根在《美國博物學家》American Naturalist的一篇文章中提到「對於染色體行為的新研究雖然並不能全然地使人信服，僅管如此，我認為仍是值得多加思考的」。而就在同一篇文章中，摩根首次不再將遺傳議題與發育過程緊緊相連，也鬆口認為性聯遺傳特徵「可能會對研究遺傳的過程帶來一線曙光」。事實果真如此! 1910年底，摩根發表了論文《果蠅的性聯遺傳》Sex limited inheritance in Drosophila，從融合說到顆粒說的轉變終將勢不可擋。在這篇論文中，摩根提出，如果要以孟德爾遺傳定律來解釋白眼這個新性狀，那麼與白眼相關的那段染色體勢必得位於性染色體上。到了1912年，雖然身為一名實驗生物學家，摩根已不再用實驗證據侷限自己邁向更多未知的可能性。。1915年，摩根與他的學生在共同著作《孟德爾遺傳學原理》Mechanisms of Mendelian Heredity中發表了主要概念，闡述整個觀念的改變；他將染色體理論和孟德爾定律結合，史無前例的描繪出第一張染色體圖譜，並以遺傳單元解釋性狀。

原文出處:
T. H. Morgan's resistance to the chromosome theory, Keith R. Benson, Nature Reviews Genetics 2, 469-474 (June 2001) | doi:10.1038/35076532
http://www.nature.com/nrg/journal/v2/n6/full/nrg0601_469a.html
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延伸閱讀:

關於摩根:
【科學史上的今天】9/25——摩根誕辰（Thomas H. Morgan, 1866－1945）
1933年諾貝爾生理醫學獎——摩根Thomas H. Morgan

遺傳學的發展 (Genetics)——上
遺傳學的發展 (Genetics)——中
遺傳學的發展 (Genetics)——下

摩根與性聯遺傳:
Thomas Hunt Morgan and Sex Linkage
Classical Papers