Hver var Thomas Morgan og hvert var hans framlag til erfðafræðinnar?

Arnar Pálsson. „Hver var Thomas Morgan og hvert var hans framlag til erfðafræðinnar?“. Vísindavefurinn 6.5.2011. http://visindavefur.is/?id=59655.

Thomas Hunt Morgan fæddist 25. september 1866, í Lexington, Kentucky, í Bandaríkjunum en lést 4. desember 1945. Bakgrunnur Morgans var í þroskunarfræði en hans merkilegustu uppgötvanir voru á sviði erfðafræði. Hann lauk doktorsprófi (1899) frá John Hopkins-háskóla í Baltimore, þar sem hann rannsakaði þroskun sæköngulóa. Hann fékk stöðu dósents í líffræði við Bryn Mawr College for Women árið 1891 og starfaði þar í 13 ár, en tók þá við stöðu prófessors í tilraunadýrafræði (e. Experimental Zoology) við Columbia-háskóla í New York. Árið 1928 tók hann við stöðu prófessors í líffræði og sem forstöðumaður G. Kerckhoff-tilraunastofunnar við California Institute of Technology (Caltech) í Pasadena. Árið 1933 fékk hann Nóbelsverðlaun í læknisfræði fyrir uppgötvanir sínar á mikilvægi litninga fyrir erfðir. Hann starfaði við Caltech til dauðadags. Morgan fékk áhuga á erfðafræði upp úr aldamótunum 1900, þegar lögmál Mendels voru enduruppgötvuð af Hugo de Vries (1848–1935) og Carl Correns (1864–1933).* Hann vann fyrst með mýs og rottur en vegna þess að erfðafræði þarfnast tilrauna sem spanna margar kynslóðir, sneri hann sér um 1907 að ávaxtaflugunni (Drosophila melanogaster), sem William E. Castle (1867–1962) hafði prufukeyrt árið 1901. Ávaxtaflugur mynda fullvaxta afkvæmi á tæpum tveim vikum við herbergishita, en engu að síður þurfti Morgan að bíða eftir niðurstöðum. Hugmynd hans var að fjölga flugum, æxla þeim saman og leita að frávikum. Mendel vann með ertur og hafði fundið litaafbrigði, hrukkaðar og sléttar baunir, dvergvaxin afbrigði og svo framvegis, en Morgan fann ekkert áþekkt. Hann játaði við gest á tilraunstofunni að hann væri við það að gefast upp, „Tveggja ára vinna er farinn í súginn, ég hef æxlað flugum allan þennan tíma og hef ekkert upp úr krafsinu“.** En snemma árs 1910 uppskar hann laun erfiðis síns. Í einni flöskunni fann hann hvíteygða karlflugu. Venjulegar ávaxtaflugur eru rauðeygðar eins og sjá má á myndinni hér að neðan. Hann gerði eins og Mendel, æxlaði saman einstaklingum og fylgdi eftir öllum afkvæmum. Hvíteygða karlflugan eignaðist bara rauðeygð afkvæmi. Það sýnir að rauða samsæta gensins er ríkjandi yfir þeirri hvítu. Því næst æxlaði hann saman afkomendunum, bræðrum við systur, og þá birtust hvíteygðar flugur aftur. Honum til mikillar undrunar voru hvíteygðu flugurnar allar karlkyns. Hann hafði fundið erfðaþátt sem var bundinn við kyn.

Ávaxtafluga (Drosophila melanogaster).
Spendýr og ávaxtaflugur eru eins að því leyti að kvendýrin eru XX og karldýrin XY (sjá svar Guðmundar Eggertssonar við spurningunni Hvað getið þið sagt mér um kynlitninga?). Hvít- og rauðeygðar karlflugur komu fram í jöfnum hlutföllum, sem studdi þá túlkun að um X-tengt gen væri að ræða (sjá skýringarmynd).

Erfðir hvíta gensins.Morgan framkvæmdi fleiri æxlanir, skoðaði litninga undir smásjá og setti niðurstöður sínar fram í greininni "Sex Limited Inheritance in Drosophila" í Science í júlí 1910. Í greininni og annarri sem fylgdi ári síðar sýndi hann fram á að

1. gen eru á litningum,
2. hvert gen er takmarkað við einn litning,
3. augnlitsgenið white er á X-litningnum en finnst ekki á Y-litningnum,
4. villigerðar (wild-type) útgáfan (sem myndar rauð augu) - kallað allel eða samsæta - er ríkjandi yfir stökkbreytingunni (með hvít augu).

Hann kallaði genið white, eftir einkenni stökkbreytingarinnar, ekki eftir afurð gensins eða starfsemi. Slíkar nafngiftir urðu að hefð innan samfélags erfðafræðinga, yellow-flugur eru ljósar á lit, á meðan ebony eru dökkar, flugur með stökkbreytingu í wingless-geninu vantar vængi og breyting í hedgehog gerir lirfuna líkasta broddgelti. Morgan hafði góða nemendur sér til halds og trausts: Alfred Sturtevant (1891–1970), þá á þriðja ári í grunnnámi, bjó til fyrsta genakortið, Calvin Bridges (1889–1938) átti eftir að búa til fyrsta raunkortið af litningi og Hermann Muller (1890–1967) fékk sjálfur Nóbelsverðlaunin fyrir að sýna að röntgengeislar valda stökkbreytingum. Þessir fjórir, ásamt öðrum meðlimum í fluguherberginu í Columbia og fluguerfðafræðingar settu einnig ný viðmið í vísindalegum vinnubrögðum. Hugsun nítjándu aldar var sú að hver vísindamaður ynni einn að ákveðnu verkefni, en í fluguherberginu skiptust menn á hugmyndum, flugustofnum og aðferðum án þess að blikka auga. Upp spratt sú hugsjón að efniviður vísindastarfs, en ekki bara niðurstöðurnar, ætti að vera öllum aðgengilegur. Þessi heimspeki mótaði samfélag erfðafræðinga sem unnu með ávaxtaflugur og sjá má merki um hana í nútíma líffræði og læknavísindum. Bandaríska heilbrigðistofnunin krefst þess til að mynda að allur efniviður, stökkbreyttar mýs, DNA-raðir, klónuð gen og svo framvegis standi vísindasamfélaginu til boða. Þessi hugsun sést best á flybase.org, vefsíðu sem helguð er ávaxtaflugunni. Flybase er samhæfður gagngrunnur sem spannar þekkingu á erfðum, sameindalíffræði, þroskun og atferli flugunnar. Þar má finna upplýsingar um hvert hinna um það bil 13.000 gena ávaxtaflugunnar (maðurinn er með um það bil 21.000 gen), með því að slá inn nafn gens, til dæmis yellow eða skuld. Þar má einnig panta stofna með white-stökkbreytingunni, sem Thomas H. Morgan fann. Lítið mál er að halda lífi í flugustofni heima við, með banönum, maísmjöli og örlitlu geri í flösku. Heimildir og myndir:

• Eric R. Kandel. Thomas Hunt Morgan at Columbia University - Genes, Chromosomes, and the Origins of Modern Biology á Columbia University.
• The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1933 - Thomas H. Morgan á Nobelprize.org.
• Robert E. Kohler. 1994. Lords of the Fly: Drosophila Genetics and the Experimental Life University of Chicago Press.
• Ræktun ávaxtaflugna á Homegrown Scientists
• The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1946 - Hermann J. Muller á Nobelprize.org.
• Um A. H. Sturtevant á Electronic Scholary Publishing
• Mynd af Morgan: The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1933 - Thomas H. Morgan á Nobelprize.org.
• Drosophila melanogaster á Wikimedia Commons.
• Mynd af erfðum hvíta gensins: Sexlinked inheritance white á Wikimedia Commons.

* Eftir Einari Árnasyni, Arfleifð Darwins 2010: „Erich von Tschermak (1871–1962) er stundum einnig sagður hafa enduruppgötvað lögmál Mendels. Curt Stern (1902–1981) og Eva R. Sherwood álíta það oftúlkun í bók sinni The Origin of Genetics: A Mendel Source Book (1966), Tschermak hafi vissulega fundið greinar Mendels en hann hafi ekki gert tilraunir sem sýni að hann hafi sjálfur uppgötvað lögmálið.“
** "Two years work wasted," he lamented to one visitor to his laboratory. "I have been breeding those flies for all that time and I've got nothing out of it."(Harrison, R.G., "Embryology and Its Relations".)