Грегор Мендель: первый шаг на пути к генетике

Введение

Биологическая наука и мировая научная общественность в этом году отметили 190-летие со дня рождения Грегора Менделя – основоположника научного менделизма.
Мендель Грегор Иоганн родился 22 июля 1822г. и умер 06 января 1884г. Естествоиспытатель, основоположник учения о наследственности.
Окончил философские классы при университете в г.Ольмюце (1843г.). С 1843г. – монах августинского монастыря в г. Брно Чехии. С 1868г. – настоятель этого монастыря, одновременно в течение ряда лет преподавал в школе естественную историю и физику.
На опытном участке монастыря Г. Мендель с учениками проводил опыты с различными культурами. Но Г. Мендель работал главным образом с различными сортами гороха. После выращивания и изучения этих сортов он обратил внимание, что многие из них оказались константными, но различались по отдельным хорошо проявляющимся признакам. Некоторые сорта имели желтые семена, а другие – зеленые; семена могли быть гладкими или морщинистыми; цветки – белыми или окрашенными; бобы – желтыми или зелеными и т.д.
Менделю удалось подобрать пары с контрастирующими признаками, он провел гибридизацию, вырастил растения F1, F2и F3, осуществил учет и анализ результатов.
Изучая результаты скрещиваний, Г.Мендель обнаружил, что гибриды по своему проявлению признаков не являются промежуточными формами между двумя родителями, а в большинстве случаев соответствуют одной из них.
Цель исследования – изучить роль Г. Менделя в зарождении генетики.


История изучения явления наследственности

Генетика − область биологии, изучающая наследственность и изменчивость живых организмов и способов плыву на них. Это понятие было введено в научное обращение в 1906 году английским биологом В. Бейтсоном (1861-1926).
Явления наследственности известны человеку давно, о них говорили повседневные факты сходства детей с родителями и предками, а со времен одомашнивания животных и растений человек мог на опыте убедиться в действенности этого явления.
Однако, первые законы наследственности были открыты лишь в середине XIX века австрийским натуралистом-любителем, монахом августинского монастыря в Брюнне (теперь Брно, Чехия) Грегори Менделем (1822-1884) на основе изучения результатов скрещивания растений гороха с альтернативными морфологическим признакам. Планомерные опыты по гибридизации растений осуществлялись также его многочисленными предшественниками и современниками, которые наблюдали и доминирование признаков в первом поколении гибридов, и расщепление альтернативных признаков во втором поколении, но не заметили четких закономерностей этих явлений, так использовали недостаточное количество растений и интересовались исключительно практическими проблемами селекции. Кроме того, они придерживались представлений тогдашних натуралистов о том, что наследственное вещество родителей смешивается у потомков подобно двум взаиморастворяемым жидкостям. В соответствии с этим вид потомства зависит от количественного соотношения отцовских и материнских элементов в нем. Еще более полувека до Г. Менделя известный английский ученый Т.Е. Найт (1759-1838) наблюдал доминирование признаков серой кожуры зерен и пурпурной окраски цветков у гибридов первого поколения различных разновидностей гороха, но не обратил на это внимания, потому что интересовался только тем, могут ли плоды нести признаки родительского растения уже в первом поколении гибридов и или можно смесью пыльцы двух различных видов повлечь их одновременное воздействие на один и тот же плод. Позже явление доминирования у гибридов гороха первого поколения и расщепления альтернативных признаков во втором поколении описал, хотя и не смог понять этих явлений, английский провинциальный любитель-садовод Дж. Госс.
Т.Е. Найти и Дж. Госс, как и Г. Мендель, недаром выбрали для своих исследований именно растения гороха, которые имеет довольно благоприятные для подобных экспериментов особенности: численность разновидностей с совершенно стабильными свойствами, четкие различия между разновидностями по форме, размерам и окраске, а также однолетний вегетационный период.
Почти одновременно с Дж. Госсом опыты по гибридизации, но уже на дынях и кукурузе, осуществлял французский растениевод-практик А. Сажрэ (1763-1851). Он впервые в истории гибридизации начал изучать отдельные признаки растений, которые скрещиваются, группируя их в альтернативные пары, в результате чего приблизился к пониманию основных закономерностей наследственности. А. Сажрэ заметил, что не всегда признаки гибрида являются результатом смешивания признаков родительских форм и необязательно эти признаки − нечто среднее между выходными. Он замечает, что у гибридов имеется «распределение» различных признаков без всякого смешения между собой, а «слияния» признаков играют мизерную роль. Хотя А. Сажрэ не придал значения явлению доминирования, но понял ключевой принцип наследственности − принцип распределения признаков: вместо так называемой «слитой» наследственности он говорит о наследственности константной и корпускулярной, что уже предполагает понятие гена. Также исследователь понял биологическую роль принципа «распределения» в формировании комбинационного разнообразия форм живых организмов.
В экспериментах с кукурузой А. Сажрэ достаточно верно описывает явление доминирования в первом поколении гибридов и расщепление во втором

. Интересно, что подобные явления он замечает в наследственных патологиях человека. Однако исследователь не в состоянии понять, чем вызываются эти закономерности. Тем не менее, следует подчеркнуть, что среди всех предшественников Г. Менделя А. Сажрэ первым приблизился к пониманию закономерностей наследования и первым определил принцип корпускулярности признаков и константности их при наследовании. Современник А. Сажрэ известный французский ботаник A. Лекок (1802-1871) тоже занимался гибридизацией, но его, как и всех тогдашних исследователей этого вопроса, интересовала проблема вида, его границы и изменчивость, а не явления наследования признаков.
В этом же направлении начинал свои опыты и известный французский ботаник Ш. Нодэн (1815-1899), который осуществил многочисленные скрещивания с более 40 видами различных растений, среди которых преобладали табак и дурман. На основании этих исследований он постепенно отказывается от распространенных в то время представлений о возвращении гибридов к родительским формам и констатирует однообразие первого поколения гибридов почти тождественно первому закону Г. Менделя: «... гибриды одного скрещивания сходны между собой в первом поколении в такой же степени или почти в такой, как и индивидуумы, производные от одного чистого вида ». Ш. Нодэн также отмечает четкую закономерность касательно расщеплення признаков во втором поколении гибридов. Он предполагает, что какие-то элементы каждого вида при гибридизации соединяются и могут в определенный момент снова разойтись.
Ш. Нодэн одним из первых догадался о возможности существования мутационного процесса в отличие от комбинационного. Об этом свидетельствуют его слова: «... легкие или глубокие аномалии .., временные и исключительно индивидуальные, или те, что дают начало новым расам, происходят внезапно и при этом никогда не наблюдаются формы, переходные между ними и нормальной формой». Однако Ш. Нодэн не удосужился пойти дальше этих плодотворных догадок. Этому помешали методические недостатки его экспериментов. Во-первых, он занимался преимущественно межвидовым скрещиванием, при которых наблюдается весьма сложная картина расщепления признаков. Во-вторых, исследователь рассматривал вид как единое целое и, в отличие от А. Сажрэ и Г. Менделя, не интересовался отдельными признаками. В-третьих, результаты его экспериментов были не точны, противоречивые, потому что он работал с небольшими выборками.
Среди предшественников Г. Менделя можно назвать и известного немецкого ботаника К.Ф. Ґертнера (1772-1850), который осуществил около 10 тыс. экспериментов с несколькими сотнями видов растений, получил более 200 гибридных форм, но выводы его исследований были настолько нечеткими, громоздкими и противоречивыми, не могли привести к установлению существенных теоретических обобщений.
Статья г. Менделя, которая начала генетику, была опубликована в 1866 году в «Записках общества естествоиспытателей в Брюнне» под названием «Опыты над растительными гибридами».

Грегор Мендель и зарождение генетики

Грегор Иоганн Мендель (нем. Gregor Johann Mendel; 20 июля 1822, Хейнцендорф, Силезия, Австрийская империя − 6 января 1884, Брюнн, Австро-Венгрия) − австрийский биолог и ботаник, монах-августинец, аббат. Основоположник учения о наследственности. Открытие им закономерностей наследования моногенных признаков (эти закономерности известны теперь как Законы Менделя) стало первым шагом на пути к современной генетике.


Рисунок 1 − Грегор Иоганн Мендель

В период 1851-1853 годов Мендель обучался естественной истории в Венском университете.
Будучи в Вене, Мендель заинтересовался процессом гибридизации растений и, в частности, разными типами гибридных потомков и их статистическими соотношениями.
Когда в 1854 году Мендель получил место преподавателя физики и естественной истории в Высшей реальной школе в Брюнне, он начал свои эксперименты по гибридизации.
Эксперименты, которые, в конце концов, привели к сенсационному открытию законов наследственности, Мендель проводил на своем маленьком мона-стырском огороде с 1856 г. До сих пор в монастырском дворе оберегаются эти 35 × 7 квадратных метров земли, на которых он в течение 10 (!) лет сам, своими руками, высеивал горох – с красными и белыми цветками, с гладкими и морщинистыми горошинами... Это была адская работа, требующая невероятного терпения, аккуратности, точности.
Надо сказать, Мендель блестяще справился с выбором объекта исследований и признаков, за которыми собирался следить, – тут ему просто повезло, на горохе удобно проводить подобные эксперименты. Отец Грегор начал с того, что заказал в разных семенных фирмах 34 сорта гороха, в течение двух лет проверял их на чистоту и, лишь убедившись, что они дают однородное потомство, приступил к скрещиванию. А задача у него была такая – он хотел доказать, что с помощью гибридизации можно получить новые сорта. В то время многие ученые, как и преподаватель Менделя в Венском университете Франц Унгер, были убеждены, что гибридизация может стать источником новых видов, и что именно она движет эволюцией. Однако у Менделя ничего не получалось! Вот, например, что выходило в опытах с растениями, отличавшимися гладкостью семян (гладкие семена – доминантный признак, морщинистые – рецессивный)