«Мушиная комната» стала примером как для других лабораторий Колумбийского университета, так и для мирового научного сообщества. По сути методы научной работы и преподавания, созданные в ней, благодаря ученикам Моргана распространились по всему миру и через несколько десятков лет сформировали новый подход к биологической науке. Но это произошло значительно позднее, а пока, в начале XX века, никаких предпосылок для такого ошеломительного успеха не было.
Морган и его сотрудники начали исследовать дрозофил, подвергая их воздействию химических веществ, различных физических факторов (в т. ч. и радиации) и скрещивая между собой, чтобы выявить наследуемые мутации. В течение двух лет никаких заслуживающих внимания результатов получено не было. Явные изменения не проявлялись, а обнаружить какие-либо скрытые мутации у дрозофил оказалось практически невозможным из-за их крошечного размера.
Первый успех пришелся на 1909 год, когда проявилась явная мутация – белые глазки у самцов дрозофилы, которые безусловно выделяли их на фоне остальных красноглазых мушек. После ряда скрещиваний и исследований потомков красноглазых и белоглазых «брачных пар» оказалось, что белоглазость – это рецессивный (подавляемый) признак, сцепленный с полом. Белые глазки никогда не появлялись у самок дрозофил, они почти всегда встречались только у самцов – и это стало настоящим сюрпризом для Моргана и его сотрудников. Оказалось, что существует еще ряд признаков – рудиментарные крылышки и желтый цвет тельца мушки, – которые также связаны с полом.
Через некоторое время Морган обнаружил мушку с розовыми глазами, и этот признак имел совершенно иной механизм наследования, чем белоглазость или желтый цвет. Всего же были выявлены четыре такие сцепленные группы генов у плодовой мушки, которые соответствовали четырем ее парам хромосом. Это навело Моргана на мысль о том, что все три гена располагаются в тесной близости друг к другу на одной и той же хромосоме.
Результаты некоторых проведенных ученым экспериментов, казалось, противоречили менделевскому закону независимого наследования, согласно которому наследование одного признака, каковым является, например, пол животного, не зависит от наследования другого – например, цвета глаз. Группа, руководимая Морганом, установила, что некоторые признаки все же связаны между собой, т. е. их сочетание встречается у потомков чаще, чем предполагают статистические законы Менделя. Так, повторим, белоглазость у мушек – мутантный признак (у человека известно несколько десятков таких признаков, в том числе некоторые наследственные дефекты – дальтонизм, гемофилия и др.).
Объяснение выявленному феномену состояло в том, что не все четыре пары хромосом у плодовых мушек были одинаковы. В частности, самки обладали набором из двух Х-образных хромосом, а у самцов Х-хромосома объединялась с Y-подобной хромомосой, которая никогда не встречалась у самок. Морган предположил, что Х-хромосома достается самцу по материнской линии, а Y-хромосома – по отцовской.
Сделав такой вывод, он увидел взаимосвязь между различием наборов хромосом у самок и самцов дрозофил и цветом их глаз. Морган предположил, что если материнская Х-хромосома несла информацию о красном цвете глаз, то самец тоже обладал красными глазками (вне зависимости от цвета глаз отца). Если же Х-хромосома матери несла информацию о белоглазости, то и у самцов из ее потомства глазки были белыми, поскольку соответствующий участок на Y-хромосоме отсутствовал и в наборе XY материнский признак оказывался главенствующим, доминантным. Таким образом, впервые была выявлена взаимосвязь между специфическим признаком и его привязанностью к конкретной хромосоме. Изучение обнаруженных феноменов позволило Моргану и его сотрудникам установить точное местонахождение генов и принцип их работы.
Установленные закономерности исследователь представил в статье «Наследование, сцепленное с полом, у дрозофил» («Sex Limited Inheritance in Drosophila»), вышедшей в 1910 году в журнале «Science». В этой и еще одной статье, опубликованной через год в том же журнале, Морган убедительно показал, что наследование некоторых признаков связано с полом, а информация о них хранится в конкретных участках хромосом (генах). Собственно говоря, он представил три фундаментальных положения, которые стали базовыми для всего дальнейшего развития генетики. Вот эти положения:
1) гены располагаются в хромосомах;
2) ген, имея четко отведенное место, не может перемещаться ни с одной хромосомы на другую, ни по различным участкам одной хромосомы;
3) существуют признаки, сцепленные с полом, которые проявляются только у мужских особей в связи с отсутствием соответствующего участка на мужской Y-хромосоме.
Морган показал, что каждая хромосома содержит набор еще более крошечных элементов, которые он назвал генами (термин позаимствован у датского физиолога В. Иогансена, который годом ранее прочел в Колумбийском университете серию лекций). Каждому гену соответствует определенное место на определенной хромосоме. Как только эта мысль укрепилась в сознании генетика, он интуитивно почувствовал, что близок к пониманию механизмов наследственности и роли хромосом: «Яйцеклетка каждого вида животного или растения содержит определенное количество телец, называемых хромосомами, – писал ученый. – Такое число хромосом содержится и в мужских половых клетках. Следовательно, когда сперматозоид оплодотворяет яйцеклетку, она содержит удвоенное число хромосом. Каждой хромосоме, содержащейся в мужской половой клетке, соответствует определенная хромосома в яйцеклетке, то есть две хромосомы каждого типа образуют пару».
Полученные выводы тем более поразительны, что Морган на протяжении многих лет был убежденным противником хромосомной теории наследования. Нужно было обладать большим научным мужеством и непредвзятостью мышления, чтобы отказаться от своих заблуждений, признать правильность взглядов, казавшихся неприемлемыми, и радикально изменить направление исследовательской деятельности.
Собственно говоря, структура и роль хромосом не очень интересовали Моргана, когда он начинал эксперименты с дрозофилами. Потребовалось вырастить и изучить сотни поколений дрозофил, прежде чем профессор и его сотрудники все же поверили сами и убедили других в том, что наследственность связана именно с хромосомами. По сути дела, пока не были обнаружены белоглазые мушки-мутанты и подтвердилось, что дефектный ген располагается на Х-хромосоме, Морган весьма скептически относился к менделевской теории наследования признаков и существования наследственных факторов. Когда же он увидел, что эти «факторы» имеют физическую подоплеку и реальный носитель – ген, менделевская теория предстала в новом свете.
