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摩尔根于1866年9月25日生于美国肯塔基州的列克星顿。1880年，他进入肯塔基州立学院学习生物学，1886年获得动物学学士学位。之后，他去霍普金斯大学深造。在霍普金斯大学，他在几位著名教授的指导下攻读了普通生物学、生理学、解剖学、形态学和胚胎学。1890年，他完成了博士论文《论海洋蜘蛛》，获得哲学博士学位。1891～1904年任布林马尔大学动物学副教授。1904～1928年任哥伦比亚大学实验动物学教授。1928～1945年任加利福尼亚理工学院生物学教授。1919年被选为伦敦皇家学会会员。
哥伦比亚大学
摩尔根的研究兴趣极为广泛，他一生的科研工作总是在生物的进化、遗传和发生等广阔的领域里不断地交换着研究课题。在1895～1902年期间，他集中精力研究实验胚胎学，著有《实验胚胎学》一书，对于当时发展以生理为基础的生物学观点起了一定的推动作用。在1903～1910年期间，他研究进化论，特别是研究与性别决定有关的遗传学和细胞学问题。在1910～1935年期间，他集中研究果蝇的遗传问题。在1935～1945年期间，他研究胚胎学及其与遗传和进化的关系。
白眼雄蝇与红眼果蝇
摩尔根不仅对于果蝇的遗传学研究最负盛名，同时他对于胚胎学、细胞学以及进化论的研究也都作出了显著贡献。为了表彰他在创立染色体遗传理论方面的功绩，摩尔根被授予1933年度的医学或生理学诺贝尔奖金。除此以外，他还获得了其他许多科学荣誉，其中包括伦敦皇家学会授予的达尔文奖章和开普勒奖章。摩尔根的功绩不仅是在染色体遗传理论方面和胚胎学方面所取得的重大成果，而且在实验方法上，他首次把定量分析方法应用于解决生物学问题，这就促使遗传学很快地有了飞跃的发展，并为现代的新兴科学——基因工程奠定了基础。
摩尔根是于1908年前后开始养殖果蝇的。1910年，他在一个培养瓶里，偶然在一只雄果蝇身上发现了一个细小而明显的变异：一般的果蝇都是红眼，而那只变异的雄果蝇却是白眼。摩尔根让这只白眼雄果蝇与红眼雌果蝇进行交配，结果所得到的后代都是红眼。在子一代中进行兄妹交配而产生子二代，其中发现了一些白眼果蝇。摩尔根惊奇地注意到，所有的白眼果蝇几乎绝大部分出现在雄性身上，偶尔也会出现一只白眼雌果蝇。
摩尔根把白眼果蝇的出现，称为性别连接，意思是说，白眼基因是被连接在性染色体上的。后来，摩尔根的性别连接观点被证明可以适用于一切有性生殖的生物体，并能说明许多其他模糊不清的遗传类型，包括人的红绿色盲和血友病。摩尔根的果蝇研究成果，第一次揭示出一种或多种遗传特性与某一特定的染色体的明确联系。
总之，摩尔根发展了孟德尔的遗传学理论。他在以果蝇为材料进行的实验遗传学的研究中，发现了伴性遗传的规律。他和他的同事们在发现连锁、交换和不分离现象等的基础上，发展了染色体遗传学说，认为染色体是孟德尔式遗传性状传递机理的物质基础。
摩尔根进一步创立了基因学说，认为基因是组成染色体的遗传单位，并且证明基因在染色体上占有一定的位置，而且呈直线排列。他还认为，在个体发育中，一定的基因在一定的条件下，控制着一定的代谢过程，从而体现在一定的遗传特性和特征的表现上，基因还可以通过突变而发生变化。他在遗传学方面的著作有《基因论》、《孟德尔式遗传机制》等。
摩尔根于1945年12月4日逝世于美国加利福尼亚州的帕萨迪纳。
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