Tại sao phát hiện ra chức năng của nhiễm sắc thể lại có tên trong danh sách 100 phát hiện vĩ đại nhất?

Phát hiện ra gen trong cơ thể được sắp xếp trật tự thành chuỗi dọc theo nhiễm sắc thể của Morgan là mắt xích quan trọng thứ hai mở ra bức màn bí mật về di truyền và tiến hóa. Với phát hiện này, Morgan đã đặt nền móng vững chắc cho việc khám phá chức năng của nhiễm sắc thể và kết cấu phân tử DNA sau này.

Mendel đã xác minh được gen di truyền từ cơ thể mẹ đến thế hệ con cái sau này; Darwin đã đưa ra được khái niệm về tiến hóa các loài, tuy nhiên khoa học vẫn chưa thể chứng minh được các loài đã tiến hóa như thế nào và gen có thể di truyền từ đời nọ sang đời kia ra sao.

Bằng cách nghiên cứu một loại ruồi giấm, giáo sư T.H.Morgan của trường Đại học Columbia đã chứng minh được học thuyết của Mendel và đã xác định được sự tồn tại của nhiễm sắc thể mang gen.

Chức năng của nhiễm sắc thể được phát hiện ra như thế nào?

Vào năm 1910, vị giáo sư 44 tuổi T.H.Morgan đang là chủ nhiệm khoa Sinh học trường Đại học Columbia ở New York. Cả cuộc đời, ông đã đem tất cả nhiệt huyết của mình phục vụ cho nghiên cứu. Morgan đã phủ nhận học thuyết di truyền của Mendel, ông không tin có sự tồn tại của gen, bởi vì chưa ai từng tận mắt nhìn thấy thực chất nó như thế nào.

Đồng thời Morgan cũng không tán thành với khái niệm của Darwin về sự tồn tại thuyết kẻ thích nghi mới có thể sinh tồn lại là động lực của tiến hóa sinh vật. Ông chỉ tin rằng tiến hóa là trong quần thể phát sinh sự biến dị tự nhiên diễn ra một cách chậm chạp. Ông đã tự tạo một “căn phòng ruồi” để chứng minh cho luận điểm của mình.

Phòng thí nghiệm này rất nhỏ, bên trong chỉ có vài chiếc vỏ chuối để đã lâu. Hai mặt tường từ mặt đất đến sàn nhà ông đều đặt những chiếc lọ thủy tinh có chứa hàng chục nghìn con ruồi giấm. Chúng phát ra những âm thanh vô cùng lớn, đến nỗi nếu ở trong phòng thì khó có thể nghe được tiếng nói chuyện.

Morgan lựa chọn phương pháp nghiên cứu ruồi giấm vì bốn lý do cơ bản như sau: thứ nhất là chúng rất nhỏ, thứ hai là chúng chỉ sống nhờ vỏ chuối, thứ ba là chúng sinh sản ra thế hệ ruồi giấm mới chỉ không quá hai tuần và Morgan có thể nghiên cứu mỗi năm được 30 thế hệ ruồi giấm và cuối cùng là gen của ruồi giấm rất dế nghiên cứu so với các loài khác.

Morgan tiến hành nghiên cứu các biến dị ngẫu nhiên trên hàng vài nghìn con ruồi giấm sinh ra mỗi năm (ví dụ như sự thay đổi màu mắt). Nếu phát hiện thấy bất kỳ biến dị nào, ông cẩn thận theo dõi nghiên cứu thế hệ sau của chúng để xem biến dị này có lan rộng trong quần thể ruồi giấm hay không và từ đó ông có thể chứng minh được lý luận của mình là đúng. Với Morgan và trợ lý của ông thì đây quả thật là công việc vô cùng tỉ mỉ và tốn rất nhiều công sức bởi vì mỗi tháng họ phải tiến hành quan sát hàng nghìn con ruồi giấm mới ra đời trên kính hiển vi.

Vào tháng 9 năm 1910, Morgan đã tìm ra biến dị, đó là một con ruồi đực có mắt màu trắng (màu mắt chính của chúng là màu đỏ sẫm). Ông tách riêng con ruồi đó ra, bỏ vào chiếc lọ riêng biệt và cho giao phối với một con cái bình thường khác (con cái mắt đỏ).

Nếu màu mắt thế hệ con cái chúng là màu trắng, màu xám hay thậm chí màu hồng (như ông dự đoán là có thể) thì biến dị này sẽ không thể hiện được những ưu thế tồn tại có trong học thuyết của Darwin - làm cho các loài tiến hóa (biến đổi vĩnh viễn), và như vậy thì lý luận về tiến hóa tạo ra bởi biến dị của Morgan là đúng.

Ông đã mất ba ngày để tiến hành kiểm tra 1.237 con ruồi thế hệ mới, nhưng kết quả thu được làm ông sửng sốt vì màu mắt của chúng đều bình thường. Điều này chứng tỏ biến dị đã biến mất và học thuyết của của ông đã sai.

Ngày 20 tháng 10 năm đó, thế hệ thứ ba của con ruồi có màu mắt trắng đã xuất hiện, kết quả là ¼ có màu mắt trắng và 3/4 có màu mắt đỏ bình thường. Tỷ lệ 3:1 giống như tỷ lệ đặc tính trội và lặn mà Mendel đã tính toán. Thí nghiệm của T.H.Morgan đã chứng tỏ ông đã sai và học thuyết của Medel là đúng.

Hai năm sau, trong quần thể ruồi giấm đó thường xuyên xuất hiện các biểu hiện của biến dị khác. Morgan và trợ lý lại bắt tay vào nghiên cứu những biến dị này và ảnh hưởng của nó đến thế hệ sau. Họ nhận ra có rất nhiều gen di truyền luôn được hội tụ cùng nhau và gọi hiện tượng này là “kết nối gen”.

Năm 1912, Morgan và trợ lý của ông đã xác định được gen của ruồi giấm chia làm bốn loại. Sau khi xác định được chúng có bốn cặp nhiễm sắc thể, ông mới phán đoán rằng các gen di truyền này phải phân bố thành chuỗi trong nhiễm sắc thể. Trải qua 18 tháng tiếp tục nghiên cứu chuyên sâu, Morgan đã chứng minh được lý luận mới của mình: gen bám trên nhiễm sắc thể và sắp xếp theo trình tự trong nhiễm sắc thể (giống chuỗi hạt).

Trong khi nỗ lực để phủ nhận học thuyết của Mendel thì Morgan lại nhận thấy rằng học thuyết đó là hoàn toàn đúng, đồng thời ông đã khám phá ra chức năng của nhiễm sắc thể cùng mối quan hệ mật thiết giữa nhiễm sắc thể và gen.

schoolnet@