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摩尔根于1866年9月25日生于美国肯塔基州列克星敦。他的父亲查尔顿·亨特·摩尔根和母亲爱伦·基·霍华德都出生于南方名门望族。

1880年,摩尔根进入肯塔基州立农机学院(现肯塔基大学)预科学习。两年以后,入该学院本科攻读动物学。1886年,他大学毕业取得动物学学士学位。随后,他进入约翰·霍普金斯大学学习。在该大学就读时,摩尔根显出非凡的聪明才智。

他在H·涅维尔·马丁指导下攻读普通生物学、解剖学和生理学;在威廉·N·霍华德指导下攻读解剖学;在威廉·基斯·布鲁克斯指导下攻读形态学和胚胎学。1890年,他完成了论海洋蜘蛛的博士论文,获得哲学博士学位。

1903年,在实验胚胎学研究的基础上,摩尔根开始了对进化论的研究,着重研究确定与性别有关的遗传学和细胞学。他认为达尔文的进化论没有提出任何解释起源或遗传变异的机理。他觉得达尔文的自然选择理论不够全面,需要用实验来检验。与此同时,他对孟德尔定律及其染色体理论也有怀疑。他决定用实验和分析方法来验证达尔文理论和孟德尔理论的可靠性。

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托马斯·亨特·摩尔根是美国生物学家,毕生从事胚胎学和遗传学研究,在孟德尔定律的基础上,创立了现代遗传学的“基因学说”。他最负盛名的是利用果蝇进行的遗传学研究,他和他的助手从中发现了伴性遗传规律,并发现了连锁、交换和不分开现象等,从而发展了染色体遗传学说。为表彰他在创立染色体遗传理论(认为遗传基因是在染色体上作直线排列)方面的功绩,诺贝尔基金会授予他1933年度生理学及医学奖金。

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1904年,摩尔根离开布林马尔学院,受聘到哥伦比亚大学任实验动物学教授。到哥伦比亚大学后,摩尔根继续进行先前的进化论研究。通过几年大量的实验,他从反面证实了达尔文理论和孟尔染色体理论的正确性,因此放弃了原来的怀疑观点,接受了达尔文理论,也接受了染色体是重要的遗传结构的理论。这种勇于实践探索的精神,后来受到很多人的称颂。

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童年时代,摩尔根对博物学就产生了浓厚的兴趣。他曾用几个夏天的时间到肯塔基州的乡间、山区和西马里兰州的农村观光游览,这使他有机会搜集化石和考查自然界。在肯塔基的山区,他还同美国地质勘察队一起工作了两个夏天。

摩尔根是在1908年前后开始养殖果蝇的。从1910年起,他集中精力研究果蝇的遗传问题。在养殖瓶里的一只雄蝇身上,他发现了一个细小然而明晰的变异:那只蝇与通常的红眼睛蝇不同,而是具有一双白眼睛。出于好奇心理,他把它同红眼睛雌蝇一起饲养。

结果,所有的后代(F1)都是红眼睛。在F1这一代中进行兄妹交配而产生的第二代(F2)果蝇中,其中有一些是白眼睛,而且全是雄性。为解释这个奇异现象,他提出了性别连锁特性的假说。

此外,他还发现了其他一些遗传变异,其中许多是有性别连锁性的。鉴于这些情况,摩尔根逐步相信,X染色体携带一系列离散的遗传因子,他把这种因子称作基因,并由此得出结论:基因可能以直线方式排列在染色体上。

1895年,摩尔根开始集中研究实验胚胎学。在研究中,他运用了实验与分析方法,他认为:只有通过实验才能证明生物的进化过程;只有运用严密的科学方法,生物学才会向前发展。在摩尔根的影响下,普通生物学,特别是遗传学和胚胎学从描述性的科学转变成为运用定量分析和实验方法的科学。

1901年,他发表了第一部巨著《再生》,比较全面地总结了那个时期人们对再生问题的认识。这部著作很有见地,首次显示了摩尔根的写作才能和分析能力。

1891年,摩尔根接受了布林马尔学院的聘请任生物学副教授,从此开始了科学研究生涯。1894年至1895年间,他有幸到意大利那不勒斯动物站工作10个月,这使他有机会结识了以德国胚胎学家汉斯·德雷斯为首的世界各国研究人员。

动物站的研究方法和各国生物学家的观点给他留下了深刻的印象,用他自己的话说,他在那不勒斯动物站“接触到了最优秀的当代成果”。后来,他之所以能在胚胎学研究中运用实验与分析的方法,也是与这段经历分不开的。