研究果蠅而獲得諾貝爾獎的偉人
1.
全素食昆蟲─果蠅（Drosophilidae 科，Drosophila 屬），英文名 fruit fly。
2.
希臘文中 droso 是露水的意思，phila
是喜歡的意思，人們一看便知，果蠅是喜歡潮濕環境的昆蟲。
3.
牠和危害農作物的果實蠅（Trypetidae 科，Bactocera 屬）雖然只有一字之差，其實有著顯著的不同。
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果實蠅危害瓜果類果實非常嚴重，是農業技術上的一大隱憂。
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圖01. 東方果實蠅，體型和大小與家蠅相似，但果實蠅比家蠅漂亮，身體為黑褐色，胸部有磷光的黃色斑紋，腹部有黑色T字型條紋。
果蠅的大小約只有家蠅五分之一。
一、摩根 & 密勒的貢獻
1. 果蠅從1910年起，約30年期間，因為牠的體積小、生命週期短(培養於25℃時
約11天)，飼養繁殖容易，具有容易觀察的四對染色體、能繁衍大量子代等優點，成為奠定古典遺傳學的主角。
2. 也為兩位科學家帶來了諾貝爾生理醫學獎的榮耀：1933年的摩根（Thomas H. Morgan）及1946年摩根的學生密勒（H.J. Muller）。
圖02. 在25℃的培養溫度時，果蠅的生活週期由卵至成蟲約需11天，在18℃則加倍，在16℃則為3倍。果蠅的囊胚期(blastula)稱為blastoderm。
圖片來源：
圖03. 1933年諾貝爾生理醫學獎得主─摩根。
圖04.1946年諾貝爾生理醫學獎得主─密勒。
二、研究果蠅而得諾貝爾生理醫學獎的科學家：
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諾貝爾獎得主(Nobel
Laureate)
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得獎年代
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得獎原因
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摩根(Thomas H. Morgan)
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1933
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証實了基因在染色體上
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密勒(H.J. Muller)
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1946
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因為發現Ｘ射線可以引起生物變異 (X-ray mutagenesis)
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路易士(Edward B. Lewis)
May 20, 1918 – July 21, 2004
Eric
Wieschaus
Christiane
Nusslein-Volhard
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1995
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發現果蠅DNA上的雙胸複合體( Bithorax complex )及闡明它的功能--Wikipedia
果蠅胚胎發育有關的基因
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1. 1908年摩根在實驗室裡，用物理、化學等方法處理純品系的果蠅，期望能找到一隻外表型發生變異的個體。
2. 在努力了近兩年之後，他們終於獲得了一隻白眼的雄果蠅（野生型的果蠅為紅眼的外表型）。
3. 由於這個實驗的對象為純品系的果蠅，所以他們所獲得的外表型的改變，必定是來自於遺傳物質，發生了永久的變異所致。
4.
這隻白眼的雄果蠅，是生物學研究史上第一隻人工誘導，發生突變的生物個體。
圖05. 左正常果蠅(紅眼)；右果蠅的白眼突變種。
圖片來源：
圖06. 拿雄性突變白眼果蠅與純種雌紅果蠅交配，第一子代(F1)表現型完全是紅眼睛，第二子代表現型(phenotype)紅眼白眼的比例為3：1，與孟德爾豌豆實驗結果相同。
圖片來源：維基百科
5. 果蠅研究者之父─摩根，在研究果蠅遺傳之前就已是極負盛名的胚胎學家。
6. 1909年，摩根（Thomas H. Morgan，1866-1945）發表文章說：對孟德爾主義的現代理解中，事實被快速轉化成為因子（factors）。
7. 如果一個因子不能解釋事實，馬上就求之於兩個因子，兩個還不夠，有時三個也可以。
8. 解釋結果有時需要的高級雜耍（superior jugglery），如果太天真地進行，可能會把我們盲目地帶到一個常見的地方，結果被很好地解釋了，因為發明瞭解來解釋它們。
9. 我們從事實反過來走到因子，然後，好哇，再用我們專門發明出來解釋事實的因子來解釋事實。
10.摩根雖然對孟德爾口下留情，只是說孟德爾主義的現代理解是「高級雜耍」。事實上，摩根當年不僅不信孟德爾，也不信達爾文的演化論，還不信遺傳的染色體學說。
11.可是當1910年他發現了白眼突變雄果蠅的事實後，他做了和孟德爾一樣的交配實驗，取得的數據和比例也與孟德爾的相同。
12.為了解釋這樣的事實，摩根不得不沿著孟德爾的思路，也提出因子，也進行拼湊數字的「高級雜耍」，最後奠定了遺傳學的現代基礎。
13.在事實面前，摩根不得不「出爾反爾」，因為科學真理高於個人偏見，也不會敗於俏皮話的譏笑挖苦。
14.1928年摩根出任加州理工學院生物系系主任，將果蠅實驗室搬到加州理工學院，吸引了許多年輕學子加入，路易士(Edward B. Lewis
)就是其中之一。
15.路易士(Lewis)的貢獻，是闡明果蠅雙胸突變種的基因作用機制。
三、路易士(Lewis)的貢獻
1. 路易士研究果蠅突變的基因複合體稱為「雙胸複合體」（bithorax complex,簡寫為BX─C），它決定的性狀為：第三胸節正常是長出平衡棒（haltre，在演化上退化的後翅），突變後長出像第二胸節的翅膀。
圖07. 摩根的學生卡文．布吉里斯(Calvin Bridges)於1915年發現果蠅的雙胸突變種。
摩根的另一位優秀學生路易士(Edward B. Lewis)，於後來發現了雙胸突變種的基因控制的機制。
圖08. 果蠅的Hox基因，可分為兩個基因群集(cluster)。
2. 果蠅的Hox基因群集皆位於第三對染色體上，可分為兩個群集。
3. 一群稱作雙胸複合群（Bithorax cluster，BX-C）的基因，此群集中的Ubx基因若發生突變，會使第3胸節（T3）轉變成第2胸節（T2）。
(正常狀態下果蠅的翅膀是長在第2胸節(T2)上。)
4. 這樣的突變結果，會使果蠅形成兩個第2胸節而長出兩對翅膀，並使原本長在第3胸節(T3)上的平衡棒（haltere，雙翅目昆蟲特有的構造）消失。
5. 此突變最早是卡文.布里吉斯（Calvin Bridges）於1915年發現。
6. 接著由路易士(Lewis)的研究，闡明果蠅雙胸突變種的基因作用機制。
7. 這種將身體一部分構造變為另一部份構造的轉變稱為「同位小室性轉變」（homeotic
transformation），造成這類轉變的基因就稱為同位小室基因（homeotic gene）。
8. 後來又陸續發現一些，例如觸角肢突變(Antennapedia)使觸角（antenna）變為腳，吻足突變(proboscipedia)使口器的部分轉變為腳的構造。
9. 這種突變顯示這些基因的功能與早期胚胎的發育密切相關。
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Hox基因是以群集的形式排列。路易士的研究震驚了每一個人，Hox基因的群集由頭至尾鏡面對稱身體的部分，這樣的原則普遍存在於所有的動物。
─ 2004年9月9日 自然期刊 431卷
143頁
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Hox genes occur in
clusters, and Lewis surprised everyone by
finding that the arrangement of Hox genes in a
cluster mirrors the order of the body parts, from head to tail, that
those genes specify; this principle is common to all
animals.─ Nature vol.431 9 september
2004 P.143
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圖09. 同位小室基因(Homeotic genes)，決定在那一個體節形成那一種附肢。
同位小室基因如發生突變，體節形成的附肢就可能異常。例如雙胸突變、觸角肢突變等。
圖片來源：
圖10. (a)正常的果蠅及(b)觸角肢突變種果蠅。
四、魏區豪斯 & 紐斯蘭-渥荷德的貢獻
1. 1995年諾貝爾生理醫學獎頒給三位研究果蠅發育的科學家：
2. 美國加州理工學院77歲的艾德‧路易士（Edward B. Lewis）
3. 美國普林斯頓大學48歲的艾力克‧魏區豪斯（Eric Wieschaus）
4. 德國杜賓根（Tübingen）麥克斯蒲朗克發育生物學研究所52歲的克莉斯汀‧紐斯蘭-渥荷德（Christiane
Nusslein-Volhard）。
5. 受到Lewis的啟發，Nusslein-Volhard和Wieshaus兩人於1978年（時年分別為35及31歲）聯手在一年多內，日以繼夜的，在海德堡的歐洲分子生物實驗室，有系統的搜尋控制胚胎早期發育的基因。
6. 他們將突變劑攙入食物，餵食雄果蠅，再以之與雌果蠅交配，結果產生了很多死胚胎。
7. 有些突變非常特別，例如果蠅全身沒有肌肉或皮膚由神經細胞所構成。
8. 他們進行大規模篩選突變的工作，辛苦的用顯微鏡觀察幼蛆，最後整理出胚胎發育約140對必要的基因。
9. 此後幾年，用上新方法，他們以及其他科學家又確認了100對以上，大部份是以前未曾發現，控制胚胎最早期發育的基因。
10.總結這些基因對，可以分為四大類，經由它們的先後作用，胚胎之構造逐步分化，漸趨複雜，最後形成許多體節。
11.每一體節的分化，則受到「同位小室基因」的調控發育成不同的構造附肢。
圖11. 果蠅控制胚胎早期發育的基因，這些基因可以分為四大類：
1.Maternal-effect
genes＝Egg-polarity genes(母性效應基因＝卵極化基因)、
2.Gap genes(隙裂基因)、
3.Pair-rule genes(配對基因)、
4.Segment polarity genes(體節極性基因)。
經由它們的先後作用，胚胎之構造逐步分化，漸趨複雜，最後形成正確的體節。
五、薪火相傳
1.
各位網友看了此篇BLOG後請回想一下：因為研究果蠅而得諾貝爾獎的科學家中，摩根是不是偉大的科學家？
2.
摩根讓人稱道的，不只是因為他對胚胎學遺傳學的貢獻，還在於他勇於認錯的態度，以及不遺餘力的提攜後進的精神。
3.
1946年諾貝爾得主密勒（H.J. Muller）以及1995年諾貝爾得主艾德‧路易士（Edward B. Lewis）都是摩根的學生，1995年諾貝爾得主Nusslein-Volhard和Wieshaus兩位又是受了路易士的啟發。
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台灣的基礎科學要紮根，真的就需要像摩根(Thomas Hunt Morgan)這樣的偉人！
基礎科學是非常需要薪火相傳的。
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