1910年的一天，摩爾根偶然發現在許多紅眼果蠅中有一隻白眼果蠅。他讓紅白果蠅雜交，到子二代時，他發現白眼蠅全是雄性的。這說明性狀（白）和性別（雄）的因子（即“基因”）是關聯的。這一重大發現，說明白眼性狀是由性染色體傳遞遺傳的，他把這稱為“伴性遺傳”。
通過長期實驗探索，摩爾根終於肯定地得出了染色體是遺傳因子載體的結論。摩爾根的發現為人們探索生物遺傳機理開拓了一條新路。以後，在大量實驗資料的基礎上，運用數學方法，摩爾根和他的學生一起又成功地推斷出一對對基因在染色體上的具體的排列位置，繪出了果蠅遺傳基因在染色體上的坐落圖。1928年，摩爾根的遺傳學名著《基因論》問世。在《基因論》中，摩爾根預言基因是一種化學實體。此後，這位科學偉人就離開對細胞遺傳學的研究，而去搞他的老本行——胚胎髮育學去了。1933年，摩爾根獲得了諾貝爾醫學和生理學獎。
以後不久，在摩爾根的研究基地——加利福尼亞理工學院，來了一位年輕的德國科學家，名叫德爾布呂克。他看到實驗室裡正在使用一種“噬菌體”做細菌和病毒研究的材料。這噬菌體的結構非常簡單，頭呈六角形，頭部中心含有DNA。所謂DNA就是脫氧核糖核酸，它和核糖核酸（RNA）一起組成核酸，是構成細胞核的主要成分。噬菌體與其他生物的細胞染色體的基因有一樣的物理、化學屬性，而且繁殖極快，德爾布呂克覺得用它來研究基因是再好不過的了。德爾布呂克原來是個物理學家，所以他能得心應手地運用物理研究中的放射性同位素標記法，他和生物學家赫爾希等人設計了一套極妙的試驗，結果證實DNA才是真正的遺傳物質。一門新興的科學——分子生物學，就這樣誕生了。1969年，德爾布呂克因此榮獲諾貝爾醫學和生理學獎。
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