Thomas Morgan był amerykańskim biologiem - genetykiem. Urodził się w 1866 roku, zmarł w 1945 roku. Pracował w Columbia University w Nowym Jorku w latach 1904-1928, był profesorem zoologii doświadczalnej. W 1928 roku został kierownikiem założonego przez siebie zespołu laboratoriów w California Institute of Technology (Pasadena). Należał do Narodowej Akademii Nauk w Waszyngtonie i Towarzystwa Królewskiego w Londynie. To on wraz z C . B. Bridgesem, A. H. Sturtevantem, H. J. Mullerem dowiódł na przykładzie Drosophila melanogaster, że geny znajdują się w strukturach zwanych chromosomami. Teorię tą nazwano "chromosomową teorią dziedziczenia". W 1933 roku Morgan za dokonane odkrycia dostał Nagrodę Nobla.

Morgan z zespołem jako pierwszy stworzył mapę genów dla Drosophila melanogaster, czyli pokazał rozmieszczenie genów dla każdej cechy na danym chromosomie. Było to w 1922 roku. Zlokalizował kilkaset genów na jej chromosomach. W 1915 roku została wydana "Chromosomowa teoria dziedziczności", w 1919 roku wydano "The Physical Basis of Heredity", a w 1926 roku opublikowano "Teorię genów" ("The Theory of the Gene").

Drosophila melanogaster, czyli muszka owocowa (nazwa pochodzi od spożywanego przez nią pokarmu, czyli psujących się owoców) jest dobrym materiałem badawczym i dlatego to właśnie na tym gatunku Morgan rozpoczął swoje badania w 1908 roku.

  • Rozmnażanie muszki owocowej następuje bardzo szybko. Czas od wylęgu do powstania kolejnego pokolenia wynosi ok. tygodnia (jest to tzw. czas generacji).
  • Jedno pokolenie składa się z bardzo dużej liczby osobników.
  • Możliwa jest powtarzalność eksperymentu, przeprowadzenie analizy jest stosunkowo łatwe i trwa niedługo.
  • Czas generacji i liczne potomstwo pozwala na obserwacje mutacji.
  • Zaletą jest także mała liczba chromosomów (cztery pary), ich wielkość w niektórych komórkach pozwala na ich obserwację przy użyciu mikroskopu świetlnego tylko przy stukrotnym powiększeniem.

W każdym pokoleniu D. melanogaster połowę stanowią samice i połowę samce. Różnią się między płciami przejawiają się w budowie chromosomów i leżących na nich genach. Gatunek ten posiada trzy pary chromosomów homologicznych (posiadają geny odpowiedzialne za te same cechy) i są tzw. autosomy oraz jedną parę chromosomów płci.

Samica posiada dwie kopie chromosomu X, samiec posiada jeden chromosom X i jeden chromosom Y.

Chromosom X samca w pierwszym pokoleniu F1 jest przekazywany córkom. Synowie dziedziczą go dopiero w drugim pokoleniu F2, za pośrednictwem samic z pierwszego pokolenia F1.

Jeżeli chromosom X samca jest odpowiedzialny za daną cechę to w pierwszym pokoleniu F1 będą ją posiadały tylko samice. Samce z drugiego pokolenia F2 odziedziczą ją za pośrednictwem samic z pierwszego pokolenia F1. W drugim pokoleniu F2 daną cechę będą posiadały i potomkowie żeńscy, i męscy.

Jeżeli dana cecha znajduje się w dwóch chromosomach X samicy to zostanie przekazana zarówno synom, jak i córkom już w pierwszym pokoleniu.

Podsumowując, dziedziczenie danej cechy jest uzależnione od tego, czy znajduje się na chromosomach samicy, czy samca z pokolenia rodzicielskiego.

Przed przystąpieniem do eksperymentu założono, że:

  • Geny leżą na chromosomach
  • Na każdym chromosomie znajduje się duża ilość genów
  • Chromosomy są sprzężone z płcią
  • Dziedziczenie genów na jednym chromosomie jest łączne
  • Dziedziczenie genów na różnych chromosomach jest oddzielne

Zespół Morgana zaobserwował, że u Drosophila część cech występuje łącznie, co nie znaczy że wszystkie są sprzężone z płcią. Prowadzili doświadczenia związane z kolorem oczu u muszki owocowej. Odkryli, że są cztery grupy cech, tak jak cztery pary chromosomów, które dziedziczą się wspólnie. W jednej z grup zaobserwowano mniej cech, co miało swoje uzasadnianie w fakcie, że jeden z chromosomów był krótszy.

Wnioski:

  • Chromosomy w komórkach somatycznych łączą się w pary
  • Chromosomy w komórkach płciowych występują pojedynczo
  • Przy tworzeniu komórek płciowych dochodzi do rozdzielenia par chromosomów, do komórek przechodzi po jednym chromosomie z pary. Przy zapłodnieniu powstaje komplet genów (połowa pochodzi od matki, połowa od ojca). Samica otrzyma dwa chromosomy X, a samiec chromosom X i chromosom Y. Skoro dziedziczenie zależało od płci (było z nią sprzężone), to oznacza że musiało być też sprzężone z chromosomami. Cechy były przekazywane w czterech powiązanych grupach.

W trakcie eksperymentu zauważono pewne odstępstwa od przyjętych wcześniej założeń:

Rozważmy to na przykładzie - rozpatrujemy dwie cechy (A i B). Na każdy gen przypadają dwa allele A1 i A2 oraz B1 i B2. A1 i B1 leżą na jednym chromosomie i powinny przechodzić razem. Okazuje się jednak, że powstają allele A1B2 i A2B1. Morgan stwierdził, że w czasie podziału mejotycznego, gdy chromosomy homologiczne stykają się ze sobą ma miejsce wymiana ich fragmentów. Otrzymujemy w ten sposób nowe allele. Proces ten nazywa się rekombinacją lub inaczej crossing - over. Morgan stwierdził, że:

  • Geny leżą na chromosomach,
  • Allel z danej pary genów ma swoje określone miejsce (locus) na jednym chromosomie homologicznym, geny leżące na jednym chromosomie są powiązane i powinny być przekazywane razem w procesie dziedziczenia,
  • Między chromosomami homologicznymi zachodzi proces rekombinacji,
  • Częstość rekombinacji między allelami dwóch różnych genów jest wprost proporcjonalna do odległości między nimi na danym chromosomie - zachodzi tym częściej, im odległość jest większa.