Грегор мендель

Двадцяте століття для біології почався з сенсаційного відкриття. Одночасно три ботаніка - голландець Гуго де Фриз, німець К. Корренс і австрієць К. Чермак - повідомили, що ще 35 років тому нікому не відомий чеський учений Грегор Іоганн Мендель (1822-1884) відкрив основні закони успадкування окремих ознак. 1900-й рік, рік вторинного відкриття законів Менделя, прийнято тепер вважати роком народження науки про спадковість - генетики.

Відео: Як горох Менделя допоміг нам зрозуміти генетику

Зовні життя Менделя була тихою і малопримітної. Він народився в сім`ї селянина-садівника. Хлопчик пристрасно прагнув до знань. У батьків не було коштів на освіту сина. Ціною великих зусиль і поневірянь Йоганн закінчив гімназію, але університет був для нього недоступний.

Двадцятирічним юнаком Мендель переступив поріг августинского монастиря в тихому богемском містечку Брюнне (тепер м Брно в Чехословаччині). Можна було вважати, що доля його визначилася: разом з саном послушника він отримав нове ім`я - Грегор і почав вивчати Святе Письмо. Минуло чотири роки, і Мендель став священиком. Але замість того, щоб читати проповіді, причащати і сповідувати, він покинув святу обитель. Природознавство, точні науки вабили його як і раніше. На кошти монастиря Мендель їде до Відня і намагається вступити до університету, щоб грунтовно вивчити фізику і математику. Зазнавши невдачі, він повертається в Брюнн.

Тут священик Мендель починає викладати в реальному училищі фізику, математику та інші природні науки і викроює в монастирському саду крихітну ділянку землі, щоб почати досліди, яким судилося прославити його ім`я на віки.

У 1865 р він опублікував результати своїх робіт, заклавши наукові основи генетики. Основна мета, яку переслідував Мендель, - дізнатися закони, що визначають розвиток нащадків від схрещування батьків, розрізнялися своїми спадковими ознаками. Всі ознаки, якими характеризувалися і батьківський і материнський організми, були закладені в їх статевих клітинах, і організм, що утворився з злилися статевих клітин (материнської яйцеклітини і батьківського сперматозоїда), повинен був нести ознаки і батька і матері.

Але як, за якими законами комбінуються ці ознаки у нащадків, попередникам Менделяне вдалося з`ясувати. Помилка цих вчених полягала в тому, що вони намагалися в одному схрещуванні простежити за долею багатьох ознак, та при цьому ще погано підбирали пари для схрещування, і все безнадійно заплутувалося. Потрібно було спростити завдання, не намагатися вирішити всі проблеми відразу, але це-то і виявилося найважчим.

Менделя допомогла його схильність до точних наук. Перше, на що він звернув увагу, - це число ознак, за якими потрібно стежити. Важливо було так підібрати пари для схрещування, щоб схрещувати організми не відрізнялися один від одного нічим, крім однієї ознаки. Вирішивши рівняння першого ступеня, можна перейти і до більш складним завданням. Як не проста ця думка Менделя, вона була великим кроком вперед.

Але які організми взяти для схрещування? Мендель і тут вирішив йти по шляху максимального спрощення задачі. Він зупинив свою увагу на рослинах, причому на тих, які запилюються власним пилком. на перекрестноопиляющееся рослини вітер може випадково занести пилок з якого-небудь іншого рослини, і тоді весь досвід піде нанівець. З самоопилітелей він вибрав горох.

Мендель перебрав 34 сорти гороху і залишив для дослідів тільки 7 пар сортів. Сорти кожної пари розрізнялися лише однією ознакою. У одного сорту насіння були гладкими, в іншого - морщіністимі- стебло одного сорту був високий, до 2 м, у іншого ледве-ледве сягав 60 см- забарвлення віночка квітки у гороху одного сорту була пурпурової, у іншого - білої.

Протягом трьох років Мендель акуратно висівав відібрані рослини і переконався, що це чисті сорти, вільні від домішок. Потім Мендель розпочав схрещуванням. У рослини з пурпуровим віночком квітки він видалив тичинки з пильовиками і переніс на рильце маточки пилок від рослини з білими квітками. Пройшов визначений термін, рослина зав`язали плоди, і восени в руках вченого були насіння гібрида. Коли навесні Мендель висіяв насіння гібрида в грунт і дочекався розпускання бутонів, він виявив, що всі квітки гібридних рослин мали таку ж пурпурову забарвлення, як і один з батьків (материнське рослина).

Що ж сталося? Може бути, пилок белоцветкових рослини виявилася недієвою? Але в такому випадку ніяких плодів не утворилося б, адже власна пилок материнської рослини була видалена ще в тичинках. Може, досвіду завадила стороння пилок, занесена випадково з красноцветковими рослини? Але горох - строгий самоопилітель, і можливість заносу чужий пилку виключена. Але найголовніше - в інших схрещування (сортів, розрізнялися іншими ознаками) Мендель отримав принципово той же результат. У всіх випадках у нащадків першого схрещування проявлявся ознака тільки одного з батьків. Одна з ознак виявився настільки сильним, що повністю придушив прояв іншої ознаки. Мендель назвав його домінантним. Непроявівшійся, слабкий ознака отримав назву «рецесивний». Так Мендель відкрив перше правило, або закон, спадковості: в гібридах першого покоління не відбувається ніякого взаємного розчинення ознак, а спостерігається переважання, домінування одного (сильного) ознаки над іншим (слабким) ознакою.

У той же літо Мендель провів другу частину досвіду. На цей раз він схрестив між собою пурпурно-червоних братів і сестер, отриманих після першої гібридизації. Отримані від нового схрещування насіння він висіяв наступної весни. І ось на грядках зазеленіли сходи. Якими будуть квітки? Здавалося, що результат досвіду можна вгадати безпомилково. Яке потомство може бути від схрещування чорної собаки з чорним собакою? Очевидно, чорна собака. А від схрещування красноцветковими гороху з красноцветковими горохом? Очевидно, тільки горох з червоними квітками. Але коли розпустилися бутони, Мендель виявив, що у чверті рослин забарвлення віночків була білою. Ознака білого забарвлення, здавалося, зник після першого схрещування, знову з`явився у «онуків». Сталося те, що Мендель влучно назвав розщепленням ознак.

Виявляється, при з`єднанні зачатків білоцвіт-кового і красноцветковими рослин спадкові чинники білих квіток нерозчинялися, що не зникали, а лише тимчасово придушувалися сильними домінантними факторами краснолепестковості. Зовнішній вигляд таких гібридів був оманливий. гібридна природа виявлялася тільки після другого схрещування. Коли пригнічений фактор белоцветкових одного гібридного рослини зустрічався з таким же пригніченим фактором другого гібридного рослини, у їхніх нащадків розвивалися білі квіти. Закономірність появи у нащадків другого покоління ознак, пригнічених в гібридах першого покоління, Гуго де Фриз назвав в 1900 р другим законом Менделя або законом розщеплення.

Коли Мендель проаналізував, у якої кількості гібридів другого покоління з`являються ознаки домінантні і рецесивні, він виявив у всіх випадках одну і ту ж чисельну закономірність. Після схрещування гороху з гладкими і зморшкуватими насінням Мендель отримав 253 насіння. Всі вони були гладкими. Після схрещування гладкосеменних гібридів між собою сталося в наступному поколінні розщеплення. Утворилося 7324 насіння: 5474 гладких і 1850 зморшкуватих. Ставлення гладких (домінантна ознака) до зморшкуватим (рецесивний ознака) дорівнювало 2,96: 1. В іншому досліді, де спостерігалося успадкування забарвлення насіння, з 8023 насіння, отриманих після другого схрещування, 6022 виявилися жовтими, а 2001 - зеленими. Ставлення жовтих зелених дорівнювало 3,01: 1. Мендель зробив подібні розрахунки для всіх семи пар сортів. Результат був скрізь один і той же. Розщеплення домінантних і рецесивних ознак дорівнювало в середньому 3: 1. Мендель розумів, що виявлена ним закономірність не може бути справедливою для окремо взятого рослини, вона проявляється тільки при схрещуванні великого числа організмів.

Учений не обмежився моногібрідним схрещуванням, т. Е. Таким, коли організми розрізнялися лише однією ознакою. Грунтуючись на відкритих закономірності, він спочатку розрахував, а потім довів на досвіді, як відбувається розщеплення ознак у будь-яких випадках. Мендель перевірив свої висновки в дослідах з рослинами, розрізняють двома, а потім і трьома ознаками. Цього було достатньо, щоб переконатися, що і в більш складних випадках його формули вірні.

Отже, Мендель спочатку вивчив спадкову стійкість сортів гороху, потім виявив правило домінування, пізніше розщеплення, після цього проаналізував кількісні закономірності розщеплення для організмів, що розрізнялися одним, двома і трьома ознаками, нарешті, дав формули для будь-яких схрещувань. Все ускладнюючи і ускладнюючи свою роботу, він піднімався сходинка за сходинкою до вершини своєї теорії - передбачення принципів устрою генетичного матеріалу.

І саме цим прогнозом він випередив сучасну йому науку майже на півстоліття. За часів Менделя нічого не було відомо про матеріальних носіях спадковості - генах, а він описав їх властивості подібно до того, як астрономи передбачали існування ще ніким не виявлених планет. Мендель міркував так: раз існує домінантність і рецессивность, що виявляється при схрещуванні, - значить, статеві клітини несуть спадкові чинники, з яких один визначає властивість домінантності, інший - рецесивним. Так він передбачив існування факторів, пізніше названих генами, кожен з яких відповідає за властивість певної ознаки.

Раз ці статеві чинники поєднуються в клітинах гібридного організму, то все його клітини несуть по два фактора однієї ознаки. Залежно від природи цих факторів організм буде містити однакові фактори (такі організми стали називати гомозиготними) або різні чинники (організм, гетерозиготний за цією ознакою). Це і пояснювало, чому при схрещуванні організмів, зовні абсолютно схожих один на одного, в потомстві раптом з`являються особини, зовні несхожі на своїх прямих батьків, а нагадують «діда» або «бабусю».

І нарешті, Мендель висловлює припущення, яке по праву вважають одним з найважливіших його законів. Він приходить до думки, що статеві клітини, (гамети) несуть тільки по одному завдатку кожного з ознак і вільні (чисті) від інших задатків цього ж ознаки. Цей закон отримав назву «закон чистоти гамет».

Відео: Грегор Мендель і його експерименти. природознавство 3.1

Після восьмирічного праці Мендель повідомив про свої результати. Його робота була опублікована в журналі Брюннского товариства дослідників природи. Це провінційне видання було мало відомо серед вчених, видавалося воно невеликим тиражем, і не дивно, що ніякого ефекту в науковому світі стаття Менделя не справила.

Після 1868 р Мендель повністю залишив свої досліди. В цей же час він почав сліпнути. Позначилося нелюдське напруження, з яким він протягом більше 10 років розглядав і сортував десятки тисяч рослин, квіток, стебел, листя, насіння. У 1884 р, так і не отримавши визнання, великий чеський учений Грегор Іоганн Мендель помер.

А через 16 років весь науковий світ дізнався про відкриття Менделя. Сотні вчених у всьому світі стали продовжувати його дослідження- пізніше закони Менделя вдалося пояснити поведінкою хромосом (див. Ст. «Спадковість»). Уже в наші дні гени були вивчені на молекулярному рівні і матеріальні носії спадковості, існування яких передбачив Мендель, стали вивчати за допомогою метрдов біології, фізики, хімії та математики.