Что открыл Грегор Мендель? Наиболее важное для генетики открытие менделя.

Что открыл Грегор Мендель?

Двадцатый век для биологии начался с сенсационного открытия. Одновременно три ботаника — голландец Гуго де Фриз, немец К. Корренс и австриец К. Чермак — сообщили, что еще 35 лет назад никому не известный чешский ученый Грегор Иоганн Мендель (1822—1884) открыл основные законы наследования отдельных признаков. 1900-й год, год вторичного открытия законов Менделя, принято теперь считать годом рождения науки о наследственности — генетики.

Внешне жизнь Менделя была тихой и малоприметной. Он родился в семье крестьянина-садовода. Мальчик страстно стремился к знаниям. У родителей не было средств на образование сына. Ценой больших усилий и лишений Иоганн окончил гимназию, но университет был для него недоступен.

Двадцатилетним юношей Мендель переступил порог августинского монастыря в тихом богемском городке Брюнне (теперь г. Брно в Чехословакии). Можно было считать, что судьба его определилась: вместе с саном послушника он получил новое имя — Грегор и начал изучать священное писание. Прошло четыре года, и Мендель стал священником. Но вместо того, чтобы читать проповеди, причащать и исповедовать, он покинул святую обитель. Естествознание, точные науки влекли его по-прежнему. На средства монастыря Мендель едет в Вену и пытается поступить в университет, чтобы основательно изучить физику и математику. Потерпев неудачу, он возвращается в Брюнн.

Здесь священник Мендель начинает преподавать в реальном училище физику, математику и другие естественные науки и выкраивает в монастырском саду крохотный участок земли, чтобы начать опыты, которым было суждено прославить его имя на века.

В 1865 г. он опубликовал результаты своих работ, заложив научные основы генетики. Основная цель, которую преследовал Мендель, — узнать законы, определяющие развитие потомков от скрещивания родителей, различавшихся своими наследственными признаками. Все признаки, которыми характеризовались и отцовский и материнский организмы, были заложены в их половых клетках, и организм, образовавшийся из слившихся половых клеток (материнской яйцеклетки и отцовского сперматозоида), должен был нести признаки и отца и матери.

Но как, по каким законам комбинируются эти признаки у потомков, предшественникам Менделя не удалось выяснить. Ошибка этих ученых заключалась в том, что они пытались в одном скрещивании проследить за судьбой многих признаков, да при этом еще плохо подбирали пары для скрещивания, и все безнадежно запутывалось. Нужно было упростить задачу, не пытаться разрешить все проблемы сразу, но это-то и оказалось самым трудным.

Менделю помогла его склонность к точным наукам. Первое, на что он обратил внимание,— это число признаков, за которыми нужно следить. Важно было так подобрать пары для скрещивания, чтобы скрещиваемые организмы не отличались друг от друга ничем, кроме одного признака. Решив уравнение первой степени, можно перейти и к более сложным задачам. Как ни проста эта мысль Менделя, она была большим шагом вперед.

Но какие организмы взять для скрещивания? Мендель и здесь решил идти по пути максимального упрощения задачи. Он остановил свое внимание на растениях, причем на тех, которые опыляются собственной пыльцой. На перекрестноопыляющиеся растения ветер может случайно занести пыльцу с какого-нибудь другого растения, и тогда весь опыт пойдет насмарку. Из самоопылителей он выбрал горох.

Мендель перебрал 34 сорта гороха и оставил для опытов только 7 пар сортов. Сорта каждой пары различались лишь одним признаком. У одного сорта семена были гладкими, у другого — морщинистыми; стебель одного сорта был высокий, до 2 м, у другого еле-еле достигал 60 см; окраска венчика цветка у гороха одного сорта была пурпурной, у другого — белой.

В течение трех лет Мендель аккуратно высевал отобранные растения и убедился, что это чистые сорта, свободные от примесей. Затем Мендель приступил к скрещиваниям. У растения с пурпурным венчиком цветка он удалил тычинки с пыльниками и перенес на рыльце пестика пыльцу от растения с белыми цветками. Прошел положенный срок, растение завязало плоды, и осенью в руках ученого были семена гибрида. Когда весной Мендель высеял семена гибрида в почву и дождался распускания бутонов, он обнаружил, что все цветки гибридных растений имели такую же пурпурную окраску, как и один из родителей (материнское растение).

Что же произошло? Может быть, пыльца белоцветкового растения оказалась недейственной? Но в таком случае никаких плодов не образовалось бы, ведь собственная пыльца материнского растения была удалена еще в тычинках. Может, опыту помешала посторонняя пыльца, занесенная случайно с красноцветкового растения? Но горох — строгий самоопылитель, и возможность заноса чужой пыльцы исключена. Но самое главное — в других скрещиваниях (сортов, различавшихся другими признаками) Мендель получил принципиально тот же результат. Во всех случаях у потомков первого скрещивания проявлялся признак только одного из родителей. Один из признаков оказался настолько сильным, что полностью подавил проявление другого признака. Мендель назвал его доминантным. Непроявившийся, слабый признак получил название «рецессивный». Так Мендель открыл первое правило, или закон, наследственности: в гибридах первого поколения не происходит никакого взаимного растворения признаков, а наблюдается преобладание, доминирование одного (сильного) признака над другим (слабым) признаком.

В то же лето Мендель провел вторую часть опыта. На этот раз он скрестил между собой пурпурно-красных братьев и сестер, полученных после первой гибридизации. Полученные от нового скрещивания семена он высеял следующей весной. И вот на грядках зазеленели всходы. Какими будут цветки? Казалось, что исход опыта можно угадать безошибочно. Какое потомство может быть от скрещивания черной собаки с черной собакой? Очевидно, черная собака. А от скрещивания красноцветкового гороха с красноцветковым горохом? Очевидно, только горох с красными цветками. Но когда распустились бутоны, Мендель обнаружил, что у четверти растений окраска венчиков была белой. Признак белой окраски, казалось, исчезнувший после первого скрещивания, вновь появился у «внуков». Произошло то, что Мендель метко назвал расщеплением признаков.

Оказывается, при соединении зачатков белоцвет-кового и красноцветкового растений наследственные факторы белых цветков не растворялись, не исчезали, а лишь временно подавлялись сильными доминантными факторами краснолепестковости. Внешний вид таких гибридов был обманчив. Гибридная природа выявлялась только после второго скрещивания. Когда подавленный фактор белоцветковости одного гибридного растения встречался с таким же подавленным фактором второго гибридного растения, у их потомков развивались белые цветки. Закономерность появления у потомков второго поколения признаков, подавленных в гибридах первого поколения, Гуго де Фриз назвал в 1900 г. вторым законом Менделя или законом расщепления.

Когда Мендель проанализировал, у какого количества гибридов второго поколения появляются признаки доминантные и рецессивные, он обнаружил во всех случаях одну и ту же численную закономерность. После скрещивания гороха с гладкими и морщинистыми семенами Мендель получил 253 семени. Все они были гладкими. После скрещивания гладкосеменных гибридов между собой произошло в следующем поколении расщепление. Образовалось 7324 семени: 5474 гладких и 1850 морщинистых. Отношение гладких (доминантный признак) к морщинистым (рецессивный признак) равнялось 2,96: 1. В другом опыте, где наблюдалось наследование окраски семян, из 8023 семян, полученных после второго скрещивания, 6022 оказались желтыми, а 2001 — зелеными. Отношение желтых к зеленым равнялось 3,01: 1. Мендель сделал подобные расчеты для всех семи пар сортов. Результат был везде один и тот же. Расщепление доминантных и рецессивных признаков равнялось в среднем 3: 1. Мендель понимал, что обнаруженная им закономерность не может быть справедливой для отдельно взятого растения, она проявляется только при скрещивании большого числа организмов.

Ученый не ограничился моногибридным скрещиванием, т. е. таким, когда организмы различались только одним признаком. Основываясь на открытых закономерностях, он сначала рассчитал, а затем доказал на опыте, как происходит расщепление признаков в любых случаях. Мендель проверил свои выводы в опытах с растениями, различавшимися двумя, а затем и тремя признаками. Этого было достаточно, чтобы убедиться, что и в более сложных случаях его формулы верны.

Итак, Мендель сначала изучил наследственную устойчивость сортов гороха, затем обнаружил правило доминирования, позже расщепления, после этого проанализировал количественные закономерности расщепления для организмов, различавшихся одним, двумя и тремя признаками, наконец, дал формулы для любых скрещиваний. Все усложняя и усложняя свою работу, он поднимался ступенька за ступенькой к вершине своей теории — предсказанию принципов устройства генетического материала.

И именно этим предсказанием он опередил современную ему науку почти на полстолетия. Во времена Менделя ничего не было известно о материальных носителях наследственности — генах, а он описал их свойства подобно тому, как астрономы предсказывали существование еще никем не обнаруженных планет. Мендель рассуждал так: раз существует доминантность и рецессивность, проявляющаяся при скрещиваниях, — значит, половые клетки несут наследственные факторы, из которых один определяет свойство доминантности, другой — рецессивности. Так он предсказал существование факторов, позднее названных генами, каждый из которых отвечает за свойство определенного признака.

Раз эти половые факторы сочетаются в клетках гибридного организма, то все его клетки несут по два фактора одного признака. В зависимости от природы этих факторов организм будет содержать одинаковые факторы (такие организмы стали называть гомозиготными) или разные факторы (организм, гетерозиготный по данному признаку). Это и объясняло, почему при скрещивании организмов, внешне абсолютно похожих друг на друга, в потомстве вдруг появляются особи, внешне непохожие на своих прямых родителей, а напоминающие «деда» или «бабушку».

И наконец, Мендель высказывает предположение, которое по праву считают одним из самых важных его законов. Он приходит к мысли, что половые клетки, (гаметы) несут только по одному задатку каждого из признаков и свободны (чисты) от других задатков этого же признака. Этот закон получил название «закон чистоты гамет».

После восьмилетнего труда Мендель сообщил о своих результатах. Его работа была опубликована в журнале Брюннского общества естествоиспытателей. Это провинциальное издание было мало известно среди ученых, издавалось оно небольшим тиражом, и не мудрено, что никакого эффекта в ученом мире статья Менделя не произвела.

После 1868 г. Мендель полностью оставил свои опыты. В это же время он начал слепнуть. Сказалось нечеловеческое напряжение, с каким он на протяжении более 10 лет разглядывал и сортировал десятки тысяч растений, цветков, стеблей, листьев, семян. В 1884 г., так и не получив признания, великий чешский ученый Грегор Иоганн Мендель скончался.

А спустя 16 лет весь научный мир узнал об открытиях Менделя. Сотни ученых во всем мире стали продолжать его исследования; позже законы Менделя удалось объяснить поведением хромосом (см. ст. «Наследственность»). Уже в наши дни гены были изучены на молекулярном уровне и материальные носители наследственности, существование которых предсказал Мендель, стали изучать с помощью методов биологии, физики, химии и математики.

Родился Иоганн Мендель 20 июля 1882 года в небольшом селе Хейнцендорф Австрийской империи в семье крестьян. Увлечение биологией в своей биографии Мендель проявил рано. Два года он посещал институт Ольмюца, после этого стал монахом в Августинском монастыре Святого Фомы.

Затем с 1844 по 1848 год он учился в богословском институте в Брюнне. Но глубокие знания во многих областях Мендель получил благодаря самообразованию. Недолгое время преподавал, после чего отправился обучаться в Венский университет. Именно там Грегор Мендель в своей биографии много времени посвящал изучению гибридных потомков растений. Долгие годы (1856 – 1863) ставил опыты на горохе, а в результате сформулировал законы наследования («законы Менделя»).

Его труды были опубликованы, но не заинтересовали известных ботаников того времени. Тогда в биографии Георга Менделя было поставлено еще несколько опытов (на ястребинке, на пчелах), но результат оказался неудачным. Так что Мендель оставил свои биологические эксперименты, стал настоятелем монастыря.

Механизм наследования, открытый благодаря биографии Григория Менделя, заинтересовал ученых лишь в начале 20 века.

Оценка по биографии

Новая функция! Средняя оценка, которую получила эта биография. Показать оценку

1. Законы Менделя

2. Хромосомная теория наследственности

3. Молекулярные основы наследственности

4. Гены в хромосомах. Мутации

1. Законы Менделя

Прогресс современной генетики вплоть до открытия молекулярных основ наследственности обеспечила в основном работа генетиков с качественными полиморфизмами, поскольку закономерности наследования этих признаков достаточно просты и более доступны для генетического анализа. Именно с генетической основы качественных признаков мы и начнем изложение, а более сложные механизмы наследования количественных признаков рассмотрим несколько позже, тем более что в основе наследования и тех и других лежат одни и те же закономерности, впервые открытые Грегором Менделем.

Долгое время материальный субстрат наследственности представлялся гомогенным веществом. Считалось, что наследственное вещество родителей смешивается у потомства подобно двум взаиморастворимым жидкостям. В соответствии с этой точкой зрения гибриды, то есть организмы, полученные в результате объединения наследственного материала различающихся форм, должны представлять собой нечто промежуточное между родителями. И действительно, многие гибриды соответствуют таким представлениям.

Однако в конце XIX в. некоторые исследователи наблюдали у гибридов такую изменчивость, которую нельзя было объяснить с точки зрения концепции о неделимости и гомогенности наследственных задатков. Одним из этих исследователей был Грегор Мендель. Г.Мендель первым показал, что наследственные задатки не смешиваются, а передаются из поколения в поколение в виде неизменных дискретных единиц. Наследственные единицы передаются через мужские и женские половые клетки - гаметы. У каждой особи наследственные единицы встречаются парами, тогда как в гаметах находится лишь по одной единице из каждой пары.

Г. Мендель назвал единицы наследственности "элементами". В 1900 г., когда законы Менделя были открыты повторно и получили признание, единицы наследственности были названы "факторами". В 1909 г. датский ученый В. Иогансен дал им другое имя - "гены", а в 1912 г. американский генетик Т. Морган показал, что гены находятся в хромосомах.

С чего же начинал свои исследования Г. Мендель? Успех Г. Менделя во многом обусловлен удачным выбором экспериментального объекта. Г. Мендель работал с различными сортами гороха. По сравнению с другими растениями горох обладает рядом преимуществ для проведения экспериментов по скрещиванию.

Во-первых, сорта гороха четко различаются по ряду признаков (это означает, что Г. Мендель экспериментировал с качественными признаками, полиморфизмами).

Во-вторых, горох является самоопыляющимся растением, тем самым поддерживается чистота сорта, то есть сохранение признака из поколения в поколение.

В-третьих, можно путем искусственного опыления скрещивать растения и получать нужные гибриды. Гибриды также могут давать потомство, то есть являются плодовитыми, что, кстати, встречается не всегда. Иногда гибриды при отдаленном скрещивании бесплодны.

Г. Менделю удалось подобрать такие пары контрастирующих признаков, которые, как это было установлено позже, обладают простым типом наследования. Г. Менделя интересовали такие признаки, как форма семян (гладкая или морщинистая), окраска семян (желтая или зеленая), окраска цветков (белые или окрашенные) и некоторые другие.

Подобные опыты по гибридизации растений не раз проводились и до Г. Менделя, но никто не смог получить таких всеобъемлющих данных, а главное, усмотреть в них закономерности наследственности. Следует особо остановиться на тех моментах, которые обеспечили Г. Менделю успех, поскольку его исследование можно считать образцом проведения всякого научного эксперимента. Прежде чем начать основные эксперименты, Г. Мендель провел предварительное исследование экспериментального объекта и тщательно спланировал все эксперименты. Основным принципом исследования была поэтапность - все внимание сначала концентрировалось на одной переменной, что упрощало анализ, затем Т. Мендель приступал к анализу другой. Все методики строжайше соблюдались, чтобы не вносить искажения в результаты; полученные данные тщательно регистрировались. Г. Мендель провел множество экспериментов и получил достаточное количество данных для обеспечения статистической достоверности результатов. В выборе же экспериментального объекта Г. Менделю, действительно, во многом повезло, поскольку на наследовании отобранных им признаков не сказывались некоторые более сложные закономерности, открытые позднее.

Изучая результаты скрещивания растений с альтернативными признаками (например, семена гладкие - семена морщинистые, цветки белые - цветки окрашенные), Г. Мендель обнаружил, что гибриды первого поколения (F1), полученные с помощью искусственного опыления, не являются промежуточными между двумя родительскими формами, а в большинстве случаев соответствуют одной из них. Например, при скрещивании растений с окрашенными и белыми цветками все потомство первого поколения имело окрашенные цветки. Тот признак родителя, которым обладали растения первого поколения, Г. Мендель назвал доминантным (от латинского dominans - господствующий). В приведенном примере доминантным признаком является наличие окраски у цветков.

От экспериментально полученных гибридов уже путем самоопыления Г. Мендель получил потомство второго поколения (F2) и обнаружил, что эти потомки не являются одинаковыми: часть из них несет признак того родительского растения, который не проявился у гибридов первого поколения. Таким образом, признак, отсутствовавший в поколении F1, вновь проявился в поколении F2. Г. Мендель сделал вывод, что этот признак присутствовал в поколении Fl в скрытом виде. Г. Мендель назвал его рецессивным (от латинского recessus -- отступление, удаление). В нашем примере рецессивным признаком будут белые цветки.

Г. Мендель провел целую серию аналогичных опытов с разными парами альтернативных признаков и всякий раз тщательно подсчитывал соотношение растений с доминантными и рецессивными признаками. Во всех случаях анализ показал, что отношение доминантных признаков к рецессивным в поколении F2 составляло примерно 3:1.

В третьем поколении (F3), полученном так же путем самоопыления растений из поколения F2, оказалось, что те растения из второго поколения, которые несли рецессивный признак, дали нерасщепляющееся потомство; растения с доминантным признаком частично оказались нерасщепляющимися (константными), а частично дали такое же расщепление, как и гибриды F1 (3 доминантных на 1 рецессивный).

Заслуга Г. Менделя в том, что он понял: такие соотношения признаков в потомстве могут быть только следствием существования обособленных и неизменяющихся единиц наследственности, передаваемых с половыми клетками от поколения к поколению. Г. Мендель ввел буквенные обозначения для доминантного и рецессивного факторов, причем доминантные обозначались большими буквами, а рецессивные - маленькими. Например: А - цветки окрашенные, а - цветки белые; В - семена гладкие, b - семена морщинистые.

Выводы Менделя сводились к следующему:

Поскольку исходные сорта являются чистыми (не расщепляются), это означает, что у сорта с доминантным признаком должно быть два доминантных фактора (АА), а у сорта с рецессивным признаком - два рецессивных (аа).

Половые клетки содержат только один фактор (у доминантного - А, у рецессивного - а).

Растения первого поколения F1 содержат по одному фактору, полученному через половые клетки от каждого из родителей, то есть А и а (Аа).

В поколении F1 факторы не смешиваются, а остаются обособленными.

Один из факторов доминирует над другим.

Гибриды F1 образуют с равной частотой два рода половых клеток: одни из них содержат фактор А, другие - а.

При оплодотворении женская половая клетка типа А будет иметь равные шансы соединиться как с мужской половой клеткой, несущей фактор А, так и с мужской клеткой, несущей фактор а. То же справедливо и для женских половых клеток типа а.

В своей работе Г. Мендель не сформулировал никаких законов, которые сейчас широко известны под именем законов Г. Менделя. За него это сделали другие исследователи, которые повторно открыли менделевские закономерности. Тем не менее, основополагающие законы генетики по праву носят имя их первооткрывателя.

Первый закон Менделя, или закон расщепления, формулируется так. При образовании гамет происходит разделение пары наследственных родительских факторов, так что в каждую гамету попадает только один из них. Согласно этому закону, признаки данного организма детерминируются парами внутренних факторов.

Самое главное в открытии Г. Менделя - это демонстрация того, что гибриды F1, несмотря на внешнее проявление лишь одного признака, образуют гаметы более чем одного типа, которые с равной частотой несут как доминантный, так и рецессивный факторы. Прежде считалось, что гибриды, которые на практике часто представляют собой промежуточные формы, образуют половые клетки, так же обладающие промежуточной конституцией. Г. Мендель показал, что наследственные единицы постоянны и дискретны. Они передаются в неизменном виде из поколения в поколение. Они не изменяются, а лишь перегруппировываются.

Эксперименты Г. Менделя по скрещиванию растений с одной парой альтернативных признаков являются примером моногибридного скрещивания.

Установив закономерности расщепления при скрещиваниях по одной паре альтернативных признаков, Г. Мендель перешел к изучению наследования двух пар таких признаков.

Скрещивание особей, несущих две пары различающихся признаков (например, гладкие и одновременно желтые семена и морщинистые и одновременно зеленые семена), носит название дигибридного скрещивания.

Допустим, что одно родительское растение несет доминантные признаки (гладкие желтые семена), а другое - рецессивные признаки (морщинистые зеленые семена). Г. Мендель уже знал, какие признаки доминантны, и то, что в поколении F1 все растения имели гладкие желтые семена, не было удивительно. Г. Менделя интересовало расщепление признаков во втором поколении F2.

Соотношение разных сочетаний признаков оказалось таким:

– гладких желтых - 9,

– морщинистых желтых - 3,

– гладких зеленых - 3,

– морщинистых зеленых - 1,

– то есть 9:3:3:1.

Таким образом, в поколении F2 появилось два новых сочетания признаков: морщинистые желтые и гладкие зеленые. На основании этого Г. Мендель сделал заключение, что наследственные задатки родительских растений, которые объединились в поколении F1, в последующих поколениях разделяются и ведут себя независимо - каждый признак из одной пары может сочетаться с любым признаком из другой пары. Это открытие Г. Менделя получило название второго закона Менделя, или принципа независимого распределения.

Расщепление при дигибридном скрещивании также можно себе представить в виде таблицы, если доминантные факторы обозначить буквами А и В, а рецессивные - а и b. Тогда родительские формы будут ААВВ и aabb, их гаметы - АВ и ab, а гибриды первого поколения F1 - АаВb. Соответственно у этих гибридов возможны четыре типа гамет, что и представлено в таблице 3.3.

Запись такого рода (в виде таблицы) носит название решетки Пеннета. Она позволяет свести к минимуму ошибки, которые могут возникнуть при составлении всех возможных сочетаний гамет.

Наиболее важное положение, следующее из второго закона Менделя, состоит в том, что наследственные факторы скрещиваемых сортов при образовании гамет могут образовывать новые сочетания, или рекомбинироватъся.

Значение открытий Менделя, к сожалению, не было оценено при его жизни. Вероятно, это объяснялось тем, что в то время еще не удалось определить структуры в гаметах, через которые осуществляется передача наследственных факторов от родителей к потомкам. Только к концу XIX в. в связи с повышением разрешающей способности микроскопов стали вестись наблюдения за поведением клеточных структур во время оплодотворения и деления клеток, что привело к созданию хромосомной теории наследственности.

Какой вклад в биологию , австрийского естествоиспытателя, ученого-ботаника и религиозного деятеля, монаха, основоположника учения о наследственности, Вы узнаете из этой статьи.

Грегор Мендель открытия

ХХ столетие ознаменовалось сенсационным открытием в области биологии. Трое ученых-ботаника Чермак, де Фриз и Корренс заявили, что 35 лет тому назад некий чешский монах и ученый Грегор Мендель, который был никому неизвестен, открыл законы наследования отдельных признаков.

Стоит отметить, что Мендель родился в небогатой крестьянской семье садовода. Его родители не располагали средствами, дабы дать сыну достойное образование. Поэтому юноша окончил только гимназию и мечтал об университете.

Однажды он пошел в аббатство и принял монашеский сан. Он преследовал одну цель – знания. В монастыре была богатейшая библиотека, и он получил возможность обучаться в университете. К тому же Грегор увлекался биологией, а около его кельи была грядка. И он задумал совершить опыты по скрещиванию растений. В качестве подопытного выступил горох. Для своих опытов, монах выбрал 7 пар сортов этого культурного растения. Каждая пара гороха имела свое отличие. Например, семена первой пары имели гладкую структуру, а вторая морщинистую; у одного стебель был не больше 60 см, а у второго достигал 2 м; окраска цветка у одного сорта была белой, а у другой пары – пурпурной.

Первые три года Мендель высеивал выбранные сорта, дабы убедиться в том, что они не имеют примесей. Дальше начались опыты по скрещиванию. В ходе экспериментов он выявил, что одно из растений является доминантным и его признаки подавляли особенности второго растения. Данный процесс Мендель назвал «рецессивным». Так был открыт первый закон наследственности в биологии . На следующее лето он скрестил полученный красноцветные гибриды с первичным сортом красноцветного гороха. И каково было его удивления, когда растение зацвело и цветки оказались белого цвета. Данное явление, проявление белого цвета спустя одного поколение, Мендель назвал «расщеплением признаков». Так был открыт второй закон наследственности в биологии. К сожалению, его открытие не имело никакого успеха. Только спустя 140 лет человечество оценило его эксперименты в биологии по достоинству.

Невероятно, но факт: человек способен управлять своими генами. Уже сейчас мы добились столь многого в области генетики:

– нам известно, чем определяются все признаки организма;

– клонирование стало реальностью;

– изменение генов стало обыденностью в определенных науках.

Как это стало возможным и что ждет нас в будущем? Эта книга кратко и понятно расскажет об истории генетики, об ученых и их открытиях.

Будьте в курсе научных открытий – всего за час!

Книга:

2.1. Начало генетики. Грегор Мендель: открытия великие, но незамеченные

2.1. Начало генетики . Грегор Мендель: открытия великие, но незамеченные

Итак, к концу XIX в. ученые были как никогда близки к тому чтобы открыть все тайны наследственности: были выделены и описаны практически все элементы клетки, предположена связь хромосом с передачей признаков от родителей потомству Но закономерности в проявлении тех или иных признаков по-прежнему не просматривались. По крайней мере, официально. Интересный исторический казус: когда Август Вейсман, Вальтер Флемминг и Генрих Вальдейер проводили свои исследования и пытались найти ответы на вопросы, связанные с наследственностью, августинский монах Грегор Мендель в городе Брюнне (в то время Австрийская империя; в настоящее время – город Брно, Чехия) давно уже вывел главные правила наследования разнообразных признаков, применив для установления закономерностей математические методы. Но его открытия, ставшие мостиком от гипотез XIX в. к современной генетике , при жизни исследователя рассмотрены и оценены не были… Впрочем, обо всем по порядку.

Грегор Мендель родился в 1822 г. в Моравии, происходил из бедной крестьянской семьи и при крещении получил имя Иоганн. С раннего детства мальчик проявлял способности к обучению и интерес к наукам, но из-за тяжелого материального положения семейства не смог в юности завершить образование и в 1843 г. постригся в монахи Августинского монастыря святого Фомы, взяв монашеское имя Грегор. Здесь он получил возможность изучать биологию, которую страстно любил. Казалось бы, странное занятие для монаха. Ничего удивительного: августинцы уделяли особое внимание образованию и просвещению – в первую очередь, конечно, религиозному, но монастырь в Брюнне шел в ногу со временем. Там была великолепная библиотека, лаборатории, обширные коллекции научных приборов и главное – прекрасные сады и оранжереи, в которых Мендель проводил большую часть времени. Заинтересовавшись вопросами наследственности, он обратился к работам своих предшественников. Отдавая должное их трудам, Грегор Мендель справедливо замечал, что каких-либо закономерностей в скрещивании и проявлении у гибридов тех или иных признаков они так и не нашли.

Есть ли вообще какой-либо общий закон, устанавливающий, какими именно будут цветы у гибридных роз или душистого горошка? Можно ли спрогнозировать, какой масти будут котята от кота и кошки, различающихся по цвету и структуре шерсти? Наконец, можно ли математически просчитать, в каком поколении и с какой частотой проявится тот или иной признак?

Для опытов Грегор Мендель по примеру Томаса Эндрю Найта избрал самый обычный садовый, или посевной горох (Pisum sativum). Это самоопыляемое растение: в обычных условиях пыльца с тычинок цветка переносится на пестик того же цветка (в отличие от перекрестного опыления, при котором пыльца должна переноситься с одного растения на другое).

В генетике к самоопыляемым относят растения, у которых опыление происходит между разными цветками одного и того же экземпляра.

Исследователь счел, что такая особенность обеспечит чистоту опыта, ведь при самоопылении семена и плоды получают определенные признаки только от одного растения. Следовательно, опыляя горох искусственно, перенося пыльцу с одного экземпляра на другой, можно сократить число непредвиденных случайностей и целенаправленно использовать только те растения, которые интересуют нас как подопытные. Кроме того, горох обладает набором разнообразных и хорошо узнаваемых признаков: цвет семян, форма стручка, высота стебля. Взаимно опыляя горох с резко отличающимися признаками, Мендель намеревался, получив гибридные образцы, вывести закономерности наследования. Он начал с того, что распределил выбранные им растения по следующим признакам:

По длине (высоте) стебля: высокие либо низкорослые;

По расположению цветков: вдоль стебля или в основном на его верхушке;

По цвету стручков (желтые или зеленые);

По форме семян (гладкая либо морщинистая);

По цвету семян (желтый или зеленый) и так далее.

Затем были восемь лет опытов, несколько десятков тысяч исходных растений и гибридов, сложные вычисления и статистические таблицы. Грегор Мендель скрещивал растения с резко различающимися признаками: например, выбирал родителей, у одного из которых семена были гладкие, а у другого – морщинистые.

В первую очередь он обратил внимание на то, что в первом поколении гибриды проявляли в той или иной своей части признаки только одного родителя. При скрещивании растения с желтыми семенами и растения с зелеными семенами у гибрида не было желто-зеленых либо пестрых семян – их цвет полностью наследовался от одного родителя. Таким образом, Мендель обогатил лексикон будущих генетиков важными терминами: признаки, которые проявлялись в первом гибридном поколении, он назвал доминантными; а те, которые отошли на второй план и не отразились в первом поколении гибридов, – рецессивными.

Интересных результатов он добился при скрещивании высоких и низкорослых растений гороха. Потомство в первом поколении было сплошь высоким. Но когда эти растения самоопылялись и давали семена, следующее поколение уже делилось таким образом: одно низкое растение на три высоких. Внешний вид последующих поколений и соотношение высоких и низких экземпляров тоже можно было математически спрогнозировать. Такое же соотношение наблюдалось и в сочетаниях прочих признаков.

Большинство современных генетиков убеждены, что Грегор Мендель предвосхитил понятие гена. Лишь спустя много лет ген получит определение – участок ДНК, отвечающий за наследственность. Но не будем забегать наперед: разговор о ДНК нам еще предстоит. А Мендель не использовал понятие «ген», этот термин появится много позже. Он писал о «факторах», или «задатках», утверждая, что тот или иной признак (цвет, размер, форма) растения определяется двумя факторами, один из которых содержится в мужской, а другой – в женской половой клетке. Растения, появившиеся в результате слияния клеток, несущих в себе одинаковые «задатки», исследователь именовал константными (впоследствии их назовут гомозиготными).

Для упрощения работы Грегор Мендель обозначал доминантные признаки в паре растений прописными буквами (А, В, С), а рецессивные – строчными (а, b, с). Следовательно, при описании гибридов можно было составить простые формулы, наглядно демонстрирующие сочетания признаков и их «проявляемость». Менделю сослужило добрую службу то, что некоторое время он увлекался математикой и преподавал ее в школе. Склонность к систематизации и уверенное обращение с цифровыми и буквенными обозначениями помогли ему сделать то, что до него исследователям было недоступно: выявить и описать закономерности наследственности. Сейчас эти закономерности известны как законы Менделя. Давайте ознакомимся с ними подробнее.

генетики . Грегор Мендель: открытия великие, но незамеченные" class="img-responsive img-thumbnail">

Первое и второе гибридные поколения в опытах Менделя с низким и высокорослым горохом

1. Закон единообразия гибридов первого поколения (он же закон доминирования признаков) гласит, что при скрещении двух константных (или, как сказали бы сейчас, гомозиготных) растений все первое поколение гибридов будет полностью подобно одному из родителей – на первый план выйдут доминантные признаки. Правда, известны случаи неполного доминирования: когда доминантный признак не может полностью подавить более слабый, рецессивный. Помните, ранее мы описывали предположение ряда ученых XVIII–XIX вв., которые утверждали, что по логике вещей гибрид всегда должен представлять собой нечто среднее между родительскими экземплярами? В ряде случаев это возможно, например, у некоторых видов цветов при скрещивании растений с красными и белыми цветами в первом поколении гибридов цветы будут розовыми. То есть доминантный красный цвет лепестков не смог полностью подавить рецессивный белый. Могут быть и другие частные особенности в законе единообразия, но наша задача – дать читателю самые общие сведения о генетике и ее истории.

2. Закон расщепления признаков: если скрещивать между собой гибриды первого поколения, то во втором поколении признаки обеих родительских форм проявятся в определенном соотношении.

3. Закон независимого наследования признаков: если скрещиваются две особи, которые отличаются друг от друга двумя парами признаков, факторы и связанные с ними признаки будут наследоваться и комбинироваться независимо друг от друга. Так, Мендель скрестил горох с гладкими желтыми зернами и горох с морщинистыми зелеными зернами. При этом желтый цвет и гладкость зерен были доминантными признаками. Первое поколение гибридов было полностью представлено растениями с доминантными признаками – у гороха были желтые гладкие зерна. После самоопыления гибридов были получены новые растения: у девяти были желтые гладкие зерна, у трех – желтые морщинистые, у трех – зеленые гладкие и одно растение обладало зелеными морщинистыми зернами.

Конечно, впоследствии законы Менделя уточнялись в соответствии с новыми научными данными. Например, стало известно, что если за тот или иной признаку растения или организма отвечает не один ген, а несколько, то формы наследования будут более сложными и составными. Но все же Грегор Мендель был первопроходцем в области закономерностей наследования, и в его честь учение о наследственности позже было названо менделизмом.

Почему же его исследования при жизни не получили признания? Известно, что в 1865 г. Грегор Мендель выступил с докладом в Обществе естествоиспытателей и опубликовал статью «Опыты по гибридизации растений», не снискавшую особого успеха в научной среде. Скорее всего, открытия брюннского монаха не получили развития в первую очередь потому, что он сам вскоре разочаровался в их результатах. Мендель приступил к скрещиванию некоторых видов растений, изначально имевших особенности в способах размножения. Таким образом, закономерности, которые он вывел во время работы с горохом, не получили подтверждения – неприятный итог почти десятка лет напряженной работы! Вскоре Грегор Мендель стал аббатом, и новые обязанности заставили его полностью забросить биологические исследования. О его работах вспомнили только в начале XX в., когда несколько ученых «открыли» законы Менделя и подтвердили его разработки. Сам биолог-августинец скончался в 1884 г., задолго до триумфального возвращения его идей в научную среду…