讨论性别决定的机制

《基因论》一书的第14、15章，讨论的是性别决定问题，第16、17章的内容也与此相关。这个问题的解决，也是摩尔根在遗传学上的一个重要贡献。

性别是如何决定的，一直是生物学上关心的问题。古代人对此曾经有过许多猜测。古希腊流传很广的一种说法是“左右”学说，认为来自男性右侧睾丸的精液生男孩，来自左侧睾丸的精液生女孩。古代印度则有另一种“左右”学说，认为在女性子宫右侧受孕会生男孩，在子宫左侧受孕会生女孩。还有一种说法，则认为生男生女决定于子宫的温度，较热的子宫生男孩，较凉的子宫生女孩，因此劝告想多获得母羊的牧羊人要在刮北风时给羊配种，而且要让母羊臀部向着北方。亚里士多德注意到，只有一个睾丸的男子也能既有儿子又有女儿，因此他不相信“左右”学说。他认为生男生女决定于精液的性质，稀薄的、水样的精液生女孩，黏稠的、富有生命热的精液生男孩，而精液的性质则受年龄、体质、营养、气候等多种因素影响。例如，青年男子还没有足够的生命热，老头子则生命热衰退，这都较容易生女孩。一直到19世纪，关于性别决定问题，仍然盛行着种种猜测性的说法。

孟德尔也关注过性别决定问题。他推测，像其他性状是由遗传因子决定的一样，可能也存在有决定性别的遗传因子，雌与雄是一对相对性状。摩尔根对这种说法曾提出质疑，他说，如果有性别决定遗传因子，那么雌雄哪一方是显性呢？

细胞学研究使关于性别决定机制的问题有了实质性进展。20世纪初，也就是孟德尔定律被重新发现之后不久，细胞学家注意到，生物雌雄个体的染色体中，有一对有差别。他们认为可能就是这一对染色体决定了性别，因此称之为性染色体。这种说法是有道理的，但细胞学家没能给出实验证据。还有一个问题也给性染色体学说带来麻烦，那就是性染色体决定性别的方式是不一样的。有的细胞学家发现，雌性的一对性染色体是由相同的两条染色体构成，称之为XX；雄性的性染色体是由不同的两条染色体构成，称之为XY。可是还有细胞学家发现相反的情况，雌性的两条性染色体不同，称之为ZW；而雄性的两条性染色体相同，称之为ZZ。后来人们知道，性染色体决定生物性别的形式有两种：哺乳动物、多数昆虫、某些鱼类和两栖类以及很多雌雄异株植物，都是XX—XY型；鸟类、爬行类、少数昆虫、某些鱼类和两栖类是ZW—ZZ型。但是在20世纪初时，这种不同增加了对性染色体学说的怀疑。先发现的决定方式是XX—XY型，在人们正对它将信将疑时又发现了ZW—ZZ型决定方式，怀疑自然就进一步加强了。

摩尔根从白眼果蝇发现了伴性遗传，使他相信性别是由染色体决定的，果蝇的性染色体是XX—XY型。从对白眼果蝇的遗传研究又发现了性染色体不分离现象，进一步为性染色体学说提供了有力证据。

用白眼雌蝇与红眼雄蝇交配，子代雌蝇都像其父一样是红眼，而雄蝇都像其母一样是白眼，这叫做“交叉遗传”。根据果蝇性别决定方式以及红眼是显性性状白眼是隐性性状，假定白眼雌蝇的基因型是X^wX^w，产生的卵子是X^w，红眼雄蝇的基因型是X⁺Y，产生的精子是X⁺或Y。X^w型卵子和X⁺型精子结合是X^wX⁺型，为红眼雌蝇；和Y型精子结合是X^wY型，为白眼雄蝇，这样就解释了交叉遗传。但是也有个别例外，大约2000个后代中会有一个白眼雌蝇和红眼雄蝇，而且这样的红眼雄蝇都是不育的。

问题是会有这些例外呢？摩尔根的助手布里奇斯进行了深入研究。他假定，亲本白眼雌果蝇生成卵子时发生了罕见的性染色体不分离现象，产生出了X^wX^w型和不含性染色体的“0”型卵子，X^wX^w型卵子与Y型精子结合生出了X^wX^wY型个体，它因具有成对的X染色体和成对的隐性白眼基因而表现为白眼雌性，0型卵子和X⁺型精子结合发育为雄性，因缺少Y染色体而不育。0型卵子和Y型精子结合，合子的基因型是Y0，因为Y染色体很小，所携带的基因很少，Y0型接近于性染色体缺失，不能成活。X⁺型精子和X^wX^w型卵子结合，合子的基因型是X^wX^wX⁺，因基因数目太多也不能成活。细胞学观察证实了布里奇斯的这一推断。他又进一步预言，基因为X^wX^wY型的白眼雌蝇，有可能形成X^w、X^wY、X^wX^w和Y四种卵子，与正常红眼雄蝇交配，合子基因型可能有X^wX⁺、X^wX⁺Y、X^wX^wX⁺、X⁺Y、X^wY、X^wYY、X^wX^wY和YY共8种形式。其中X^wX⁺和X^wX⁺Y发育为红眼雌蝇，X^wX^wY发育为白眼雌蝇，X^wY和X^wYY发育为白眼雄蝇，X⁺Y发育为红眼雄蝇，X^wX^wX⁺和YY型合子死亡。交配实验结果及细胞学观察与布里奇斯的预言一致。由于性染色体不分离而形成的性染色体异常，是细胞学家不曾观察到的。布里奇斯的这一系列的实验，清楚地说明了性染色体在性别决定中的作用，学术界认为是无可怀疑的。

至于染色体决定性别的方式有XX—XY型和ZW—ZZ型两种，摩尔根认为，虽然形式上看起来似乎是相反的，但从原则上说它们是一致的。后来在ZW—ZZ型决定的动物中也发现了伴性遗传，证明了摩尔根的这种观点。