科学发现的过程更能让人体会到它的实质。最初反对达尔文的自然选择以及孟德尔学说的摩尔根是如何改变观点，从而为现代遗传学奠定基础的，摩尔根学派后来又是如何影响世界及中国科学发展的，著名生物学家饶毅兼有科学史家的眼光，他利用原始的和权威性的学术文献，为读者揭开这一谜底。

孟德尔在时属奥匈帝国的小城布隆（Brünn）地方刊物发表《植物杂交实验》的1866年，摩尔根（1866-1945）诞生于美国内战后破落的南方原显贵家族。摩尔根实验室的工作不仅是遗传学的一大步，而且是美国生物学的里程碑，摩尔根本人通过自己的研究丰富了遗传学,通过教育培养了美国和世界的科学家。

1900年，孟德尔遗传学被重新发现，遗传学名词、概念、方法得到推广，如英国的贝特森（William Bateson）提出纯合子、杂合子、遗传学（genetics）等词汇，丹麦植物学家约翰森（Wilhelm Johannsen）提出表型、基因型和基因等词汇。英国于1910年开始出版《遗传学杂志》、美国于1916年开始出版《遗传学》杂志，遗传学成为一个学科。

美国哥伦比亚大学埃德蒙·威尔逊（Edmund Beecher Wilson）实验室的研究生苏顿（Walter Sutton）、德国乌兹伯格大学的博费里（Theodor Boveri）和其他几位科学家想到了染色体可能携带孟德尔遗传因子。1902年苏顿在观察蚂蚱染色体的文章结束时指出：“我提请注意这样的可能性，父本和母本染色体成对地相关以及它们其后在减数分裂过程的分离……可能是孟德尔遗传律的物质基础”，他在1903年进一步阐述了这一想法。

1901年，美国堪萨斯大学的麦克隆（McClung）曾提出马的附着染色体（后称X染色体）决定雄性，这是第一次将染色体与生物性状相关，不过具体说X与雄性相关是错的。名义上曾是摩尔根研究生的女科学家斯蒂文斯（Nettie Stevens）于1905年提出甲壳虫的Y染色体与雄性有关，第一次正确提出染色体与具体性状的关系，雄性是XY、雌性是XX。威尔逊在1905年很快验证了斯蒂文斯的结论。如果基因与染色体有关，而染色体数目少于生物性状，那么染色体上就需要含多个基因，也就应该有基因连锁。实际上，德国的卡尔·柯伦斯（Carl Correns）已经于1900年观察到基因连锁。所以，在摩尔根的果蝇研究以前，染色体与遗传的关系已被提出，而后人称为摩尔根发现的遗传学第三定律（基因连锁和交换律）的一半内容（连锁）也已存在。

在此基础上，摩尔根和他的三个学生系统地研究了染色体与遗传的关系，对遗传的染色体学说有重要贡献。

1 “高级杂要”

摩尔根本科就学于肯塔基州立学院，研究生进入美国第一个学习德国模式的研究型大学霍普金斯，1890年获博士学位。最初他的研究类似于当时流行的生物学工作，强于描述、弱于实验。后来他到意大利那不勒斯动物学实验站随德国胚胎学家汉斯·德里施（Hans Driesch）学了新的实验胚胎学。他第一份教职在布林茅尔（Bryn Mawr）女子学院，1904年应威尔逊邀加盟哥伦比亚大学动物系。威尔逊本人是细胞学权威（以前的词汇是cytology，现在称细胞生物学cell biology）。他不仅支持自己的学生苏顿，也多年支持年轻自己十岁的摩尔根，帮助安排摩尔根的教职。摩尔根如果不搬到哥伦比亚大学，不一定会转做遗传学。威尔逊曾谦称：“我的最大贡献是发现摩尔根。”摩尔根对威尔逊心存感激，在他过世后，摩尔根写了纪念文章。

摩尔根研究兴趣多样，而且有些时候同时关注和研究多个重要问题。他原来用过鱼类、两栖类等研究分类、比较、发育和再生等。1909年开始用果蝇做研究以前，他在思想上，第一，反对达尔文的有关进化的自然选择学说（不反对进化论，但很反感“生存竞争”和渐变）；第二，反对孟德尔的遗传学说；第三，反对威尔逊支持的染色体遗传学说。这三点，他都是错的。但是，在研究中获得的结果使他改变了观点，接受和支持所有三个观点，而特别发展了现代遗传学。

摩尔根的反对都有自己的理由，而且发表了文章。这里仅复述他1909年对孟德尔遗传理论和方法的讥笑：

“对孟德尔主义的现代理解中，事实被快速转化成为因子（factors）。如果一个因子不能解释事实，马上就求之于两个因子，两个还不够，有时三个可以。解释结果有时需要的高级杂耍，如果太天真地进行，可能会把我们盲目地带到一个常见的地方，结果被很好地解释了，因为发明了解释来解释它们。我们从事实反过来走到因子，然后，好哇，再用我们专门发明出来解释事实的因子来解释事实。”

他所谓的“孟德尔主义的现代理解”，并非不是孟德尔的原意。摩尔根不信孟德尔，而且挖苦孟德尔通过对数字进行分析推理后提出理论的方法学，称之为“高级杂耍”（superior jugglery）。

2 用果蝇做研究

1905年，摩尔根开始研究遗传学，起初用老鼠，1911年发表过老鼠毛色遗传与环境的影响。摩尔根不是第一个用果蝇做研究的科学家。以前也有其他人用果蝇做研究。

1909年摩尔根用果蝇做实验的最初目的是研究进化。他反对达尔文进化论中随机、微小、连续变异后的自然选择，他认同荷兰生物学家弗里斯（Hugo de Vries）跳跃性突变对新种形成的重要，认为能通过研究发现大量突变期，来推翻渐变的观点。

摩尔根不仅概念错误，而且条件简陋、工具简单。他用了18年的实验室（以后著名的“蝇室”）不过16×英尺，装果蝇的是牛奶瓶，用的显微镜不过把一般手柄的放大镜架起来。

起初，摩尔根的运气也不好，找不到突变的果蝇。1910年的一天（月份有争议），在众多常规的（“野生型”）红眼果蝇中，他发现一个白眼果蝇，他很快把注意力转移到遗传。他把这个雄性的白眼果蝇与野生型处女雌蝇交配，获得的F1后代有1237个是红眼（还有3个白眼，摩尔根在文章中显示了数据，但提出这三个例外进一步发生了突变，不在该文继续讨论），将这些果蝇雌雄交配后获得的F2代中：2459红眼雌蝇，1011红眼雄蝇，782白眼雄蝇。他观察到白眼全部是雄性，也就是白眼性状与性别有连锁。为了看是否白眼只能是雄性，他将第一只白眼雄蝇与F1雌蝇交配，发现后代中雌雄都有红眼和白眼，比例接近。

在事实面前，摩尔根很快采用了孟德尔的推理以及实验设计，用了他自己一年前嘲笑的“因子”、用了苏顿、斯蒂文斯和威尔逊等对性染色体的理解，也马上用了“对孟德尔主义的现代理解”者们所提倡的“杂合体”等名词和概念。

摩尔根提出假设：白眼雄蝇的精子中含决定白眼的因子。他1910年第一篇遗传学论文大体是对的，但细节有点问题，他把白眼因子（W）和红眼因子(R)放在性染色体外与它们相关，而不是立即提出：确定红眼的因子是在X染色体上，而Y染色体上没有，在X染色体上的红眼因子突变后，携带突变的X和正常Y的雄蝇呈现白眼。他的文章读起来也就比较拗口，不如1866年孟德尔的文章，孟德尔理解很到位，无需现代翻译，主要表述都很容易读。

摩尔根确定了一个具体性状（眼睛颜色）的基因存在于特定染色体上。1910年后，摩尔根有一系列发现。不久他发现更多个性连锁的突变“残翅”（rudimentary）、“黄体”（yellow），其中黄体与白眼两个突变紧密连锁。摩尔根提出它们在同一染色体较近的位置。他于1911年发表了一篇少有的纯理论文章，没有实验数据，提出基因连锁，认为同一个染色体上的基因在遗传上会相连，而在不同染色体上的基因传代时分离。他发现染色体交换（cross over），两条同源染色体之间出现交换，这是遗传重组的一个重要基础。他还发现多个突变，包括其他影响眼睛颜色的突变，以及影响其他性状的突变。

3 三个学生 摩尔根不仅自己有开创性研究，也发现、支持和培养了有特色的优秀学生。蝇室有几个常规的学生，还有无固定座位常进常出的学生，摩尔根并不指定课题，人人做自己的研究，自由交流，每年夏天实验室到马萨诸塞州的伍兹霍尔（Woods Hole）海边度假做研究。

他最重要的三位学生是斯特蒂文特（Alfred Sturtevant）、布里奇斯（Calvin Bridges）和穆勒（Hermann Joseph Muller）。摩尔根在哥伦比亚大学24年期间只在1909年教过“动物学导论”，学生中有斯特蒂文特和布里奇斯。

农民的孩子斯特蒂文特第一篇论文是追踪自己家里马的毛色与遗传的关系。比他大16岁、在纽约做文科教授的哥哥鼓励他去图书馆查资料，也鼓励他带着问题去找摩尔根教授，摩尔根建议他将结果发表，并让他于1910年进自己实验室。1911年，斯特蒂文特突然想到基因连锁的紧密程度可以用染色体上线性排列来表示，通过重组发生频率推出两个基因之间的距离。当天他不做大学作业，一个晚上画出了世界上第一张遗传图谱，充实后的文章在1913年发表于《实验动物学杂志》。因为他的灵机一动，出了这张图谱很有用，而价格远低于近百年后几个国家出很多钱，而少动脑筋做出的图谱。斯特蒂文特也是摩尔根实验室相对比较平稳的人，他培养的学生较多，1965年总结的《遗传学简史》颇受读者欢迎。

布里奇斯两岁丧母三岁丧父，由祖母抚养成人。大学期间因为经济原因到摩尔根实验室做技术员，从洗牛奶瓶开始，也管制造果蝇食物。但他不满足于打工，改进了研究果蝇的基本技术（包括麻醉方法、灯光等），且加入了研究的行列，他用几万张卡片，记录自己的实验结果。从眼色开始，他发现了多种突变并确定了它们的染色体定位，成为摩尔根的研究生。1914年他的研究生论文以简报形式发表于Science，1916年全文发表于《遗传学》杂志第一期第一页，通过研究不分离（non-disjunction）证明了遗传的染色体学说。布里奇斯还对果蝇性决定提出了正确的理解：X染色体与常染色体的比例为一的确定雌性、X与常染色体比例1∶2的为雄性，果蝇Y染色体其实不参与性别决定。布里奇斯因为心脏病而英年早逝，摩尔根白发人送黑发人，为他写了纪念文章总结其生平和工作。

穆勒通过哥伦比亚大学生的生物学俱乐部认识了斯特蒂文特和布里奇斯，从而得知摩尔根的研究。他在康奈尔一个实验室做硕士后，于1912年加入摩尔根实验室完成博士论文，独立后也用果蝇做了很多研究。

4 当年没去领奖

到1914年，摩尔根和他的学生发现的多个基因可以分成4个相连锁的组，对应于果蝇4套染色体。到1915年，他们完全可以用染色体学说解释孟德尔遗传学。以实验和理论奠定了现代遗传学的基础后，摩尔根、斯特蒂文特、布里奇斯和穆勒四人出版了《孟德尔遗传的机理》一书。此书加上1916年布里奇斯的文章，使多数人接受他们的理论，虽然英国的贝特森到1916年还表示难以相信染色体是遗传的物质基础、丹麦的约翰森到1926年才接受遗传的染色体学说。

摩尔根1933年被授予诺贝尔奖，但当年没去领奖。引人猜想可能是他对自己用1909年嘲笑过的孟德尔方法（数字吻合）有后怕，或者1933年发现果蝇唾液腺有多线染色体（polytene chromosomes）后，他的理论推导立即面临物理的检验，所以他在看到答案后再领奖更安心。

1934年，摩尔根放心地去斯德哥尔摩领奖。他将奖金分给自己、斯特蒂文特和布里奇斯三家的孩子。

摩尔根的妻子是一个特例。利利安·摩尔根（Lilian Morgan，1870-1952）的家谱可以追踪到“五月花号”，她于1887年入布林茅尔女子学院，1891年毕业，威尔逊介绍她认识摩尔根。她到欧洲留学一年后回布林茅尔，从1894年至1906年，她独立发表多篇发育和再生方面的研究论文。1904年三十四岁时，她与三十八岁的摩尔根结婚，婚后继续研究再生。从1906年第一个孩子出生后到第四个孩子幼小时期，她虽有佣人，但她主持家务。1921年第四个孩子十岁后，五十多岁的她重返研究一线，在摩尔根实验室独立做果蝇研究。从1906年到1922年间隔16年无论文后，她从1922年至1947年再发表十二篇论文。其中1921年2月12日发现一种突变的雌果蝇，经过分析，确认其两个X染色体相连（attached X），摩尔根夫人1922年发表文章报道此果蝇，成为果蝇遗传学的一个工具。

5 摩尔根学派

摩尔根通过他的科学研究、他的学生、他领导的生物系影响美国和世界的科学。

摩尔根应诺贝尔物理奖得主密立根（Robert Millikan，1868-1953）的邀请，于1928年创建加州理工学院（Caltech）的生物学部，一个小而精的系多年领先世界。他直接影响了比德尔（George Beadle，1903-1989），后者于1931至1936年在加州理工做博士后研究果蝇的遗传重组，其间（可能由摩尔根个人收入为Beadle提供工资）到巴黎一年研究果蝇眼睛颜色的遗传。比德尔研究眼色的工作起初受斯特蒂文特的影响，比德尔与艾弗鲁西（Boris Ephrussi）在1935年和1936年从果蝇获得的结果已经开始提出基因与化学反应的关系，意识到基因可能直接控制酶，最后比德尔在斯坦福大学与塔特姆（Edward Tatum）进一步合作，用红色面包霉（Neurospora）研究后提出“一个基因一个酶”的概念，开创了生化遗传学，1946年比德尔继摩尔根任加州理工生物学部主任，1958年获诺贝尔奖。

摩尔根影响的著名生物学家还有1927年来自前苏联的杜布赞斯基（Theodosius Dobzhansky），后者跟随摩尔根到加州理工学院多年，1937年出版遗传学与演化论结合的代表性作品之一。

摩尔根实验室发现多个影响发育的基因，以后他们的学生和其他人的研究，奠定了发育遗传学，其中最著名的是斯特蒂文特的学生刘易斯（Edward Lewis）对双胸复合体的研究，我们将另文讨论发育的分子机理研究。

没有分享摩尔根奖金的穆勒于1927年证明X光可以诱导基因突变、其作用与X射线的剂量相关，获得1946年的诺贝尔奖。

穆勒与摩尔根关系不如其他两位学生，他比较介意功劳的归属，有个单子写哪些是自己的想法、哪些是实验室其他人的。离开哥伦比亚大学到得克萨斯州工作期间也与同事发生同类争论。穆勒的政治立场左倾到与美国社会不融洽。1932年到1936年，同情共产主义的穆勒在苏联科学院遗传研究所工作，李森科主义推行的伪科学流行后，穆勒与之发生冲突，借口参加西班牙内战离开苏联，在西班牙期间曾与白求恩同事。到1937年，穆勒既回不去苏联，也回不了美国，幸亏英国生物学家赫胥黎（Julian Huxley）的帮助转到英国。以前邀请穆勒赴苏联的遗传学研究所所长瓦维洛夫（N. I. Vavilov）抵制李森科主义，于1940年被捕，1941年被判处死刑，1942年改为二十年徒刑，1943年死于监狱。李森科主义泛滥的结果不仅损害了当时苏联生物学，而且苏联的遗传学和分子生物学几十年落后于世界，今天也落后于中国。

穆勒于1940年回到美国，这时立场已是反共的穆勒在美国还是被怀疑亲共，从而不容易找好的教职，前几年工作不稳定，到1945年任印第安纳大学Bloomington分校教授。他阴差阳错任教印第安纳大学，影响了遗传学过度到分子生物学。因为欧洲不利于犹太人工作，意大利生物学家卢里亚（Salvador Luria， 1969年诺贝尔医学奖）也任教该校，使Bloomington同时有两位重要的遗传学家。而学业不突出、起初爱好鸟类学的年轻人沃森（James D. Watson）于1947年自芝加哥大学毕业后，因为上不了加州理工学院，只能到Bloomington念研究生，沃森说是被1946年诺贝尔奖获得者穆勒所吸引。沃森到Bloomington后知道1943年的卢里亚-德尔布吕克（Luria-Delbrück）实验，学了细菌遗传学，成为卢里亚的第一位研究生，加入了当时以德尔布吕克和卢里亚为核心的新兴的噬菌体小组（The Phage Group），毕业后他去北欧而后去英国，1953年与克里克（Francis Crick）提出DNA的双螺旋模型，这是后话。

6 对中国的影响

摩尔根学派对中国有直接影响。摩尔根在女子学院的研究生波林（Alice Boring）于1923年至1950年任教于燕京大学，不仅影响中国的生物学，且影响协和医学院通过燕京生物系入学的医学生。1922年陈祯在摩尔根实验室学习，1926年李汝祺在布里奇斯指导后获博士学位、陈子英在斯特蒂文特指导后获博士学位。李汝祺（1927）研究了Notch基因突变，确定其致死期为胚胎。李汝祺回国后将自己在燕京大学的硕士生谈家桢推荐到摩尔根实验室，谈于1936年在杜布赞斯基指导后获博士学位。李汝祺长期任教于燕京大学和北京大学，为中国遗传学的奠基人。

穆勒在上世纪五十年代初期伸手救援过受李森科主义迫害的李景钧，李从北大农学院农学系合并到中国农大后，遭当时的党总支书记迫害，出逃香港后无身份证明，穆勒个人提供信件并赴香港带李见美国领事馆人员，使李能赴美任教。

当然，今天在中国工作的遗传学家与摩尔根学术谱系有关的科研人员不仅限于北大，而有更多。

（本文有删节，标题与小标题系编者所拟，全文将以《摩尔根与遗传学：研究与教育》为题发表于《中国科学·生命科学》）