Грегор Мендель: ученый на горошине

Сто пятьдесят лет назад Грегор Мендель оказал влияние на все дальнейшее развитие биологии, открыв фундаментальные законы наследственности.

Сегодня Грегор Иоганн Мендель и его эксперименты с горохом не менее известны в научном фольклоре, чем пресловутое яблоко Ньютона. В монастырском саду он вырастил и скрестил гибриды 30 тысяч растений, обследовал 20 тысяч их потомков. Проделал 10 000 опытов и рассмотрел в лупу более 7000 горошин в процессе изучения особенностей наследования семи разных признаков. 

Упорный кропотливый труд длился около восьми лет. В результате Мендель пришел к выводу, что наследственность определяется генами. Однако признание пришло к исследователю лишь спустя 35 лет после сделанного открытия и через 20 лет после смерти ученого. 
 

Подготовка к эксперименту

К проведению своих опытов Мендель готовился два года. Из 34 сортов гороха он выбрал 22, которые четко отличались по каким-либо признакам. Особенно тщательно проверялась чистота сорта: потомки всех поколений должны быть сходны между собой и со своими родителями. 

Растение для эксперимента ученый выбрал не случайно. Сорта гороха отличаются друг от друга рядом хорошо заметных признаков (окраска цветков, окраска и форма семян, расположение цветков, длина стебля). Но главный фактор – это способность растения к само­опылению. Без такого свойства опыты Менделя были бы невозможны, ведь в  эксперименте естественный процесс легко предотвратить, что позволяет исследователю опылять растение пыльцой с другого растения. 

В отличие от предшественников, Мендель не пытался оценить поколения в целом, он изучал наследование отдельных признаков у всех потомков конкретной пары. Это сужало круг вопросов и давало возможность получить наиболее четкие результаты.

В 1856 году, прямо в монастырском саду, вдали от научного сообщества, ученый приступает к исследовательской работе. 
 

Суть опытов 

Труд Менделя был кропотливым и требовал неимоверного внимания. Чтобы опылить цветок гороха пыльцой другого сорта, Мендель обрывал с него пыльники до созревания в них пыльцы. Позднее, когда рыльце было готово к опылению, он наносил на него пыльцу, взятую с цветков нужного ему сорта. 

Мендель пристально следил за тем, чтобы растения опылялись только отобранным для этого материалом. Поэтому часть растений он выращивал в специальном домике, недоступном для насекомых или же надевал на цветки гороха специальные мешочки. 

Сравнивая признаки родительских и допризнаков, которые носят название трех законов Менделя.

Гены в законе

Первые два закона относятся к моногибридному скрещиванию: ученый брал для эксперимента родительские формы, которые отличались только по одному признаку. Третий – был выявлен при дигибридном скрещивании (родительские формы изучались по двум разным признакам).

Взяв чистую линию растений с желтыми и зелеными семенами, Грегор скрестил их между собой. Все гибриды первого поколения получились желтого цвета и были единообразны. Фенотипический признак, определяющий зеленый цвет семян, исчез. При этом не имело значения, из какого именно семени (желтого или зеленого) выросли материнские (отцовские) растения. Значит, оба родителя в равной степени способны передавать свои признаки потомству. Так исследователь формулирует закон единообразия гибридов первого поколения или первый закон Менделя: при скрещивании чистых линий, обладающих взаимоисключающими признаками, все гибриды первого поколения будут иметь признак одного из родителей. 

Единицу наследственности ученый назвал фактором. Спустя десятилетия термин получил название ген или гены. Признак, проявляющийся у гибридов первого поколения, был обозначен Менделем доминантным, а тот, который подавлялся, – рецессивным.

Сочетание этих факторов дает предсказуемые схемы наследственности. 

Далее ученый установил, что во втором поколении 75% особей имеют доминантное состояние признака, а 25% – рецессивное (расщепление 3:1). Эта закономерность получила название второго закона Менделя, или закона расщепления.

Третий закон – независимого наследования признаков – был сформулирован в результате скрещивания растений, которые отличались уже и по цвету, и по морщинистости семян.  

Первая чистая линия гороха имела желтые и гладкие семена, а вторая – зеленые и морщинистые. Ученый получил гибриды первого поколения желтого цвета с гладкими семенами. Во втором поколении, как и полагается, произошло расщепление: часть семян была морщинистой и зеленого цвета, произошла перекомбинация признаков. Следовательно, при дигибридном скрещивании расщепление по каждой паре признаков идет независимо от других признаков. Это и есть третий закон Менделя.

И, наконец, ученый сделал вывод о том, что открытые им законы распространяются на все живое, ибо «единство плана развития органической жизни стоит вне сомнения».
 

Опережая свое время 

8 марта 1865 года Мендель выступил перед Брненским Обществом естествоиспытателей и озвучил законы, объясняющие механизм наследования. Говоря современным языком, это и был первый доклад о генетике. 

Вроде бы пора бить в литавры и аплодировать первооткрывателю. Однако доклад монаха был воспринят более чем прохладно. На заседании Менделю не задали ни одного вопроса.

Через год статья Менделя «Опыты над растительными гибридами» была напечатана и разослана в 120 университетских библиотек. Кроме того, ученый заказал дополнительно 40 отдельных оттисков своей работы и отправил их известным ему ботаникам. Откликов не последовало…

Такое непонимание ученый прокомментировал, как и подобает слуге Божьему, со смирением: «Мое время придет».

Историческая справедливость 

В 1868 году основоположник генетики Грегор Мендель, разочаровавшись в своих научных трудах по биологии, стал аббатом, настоятелем монастыря. Он полностью отошел от изучения наследственности и остаток жизни посвятил наблюдениям за жизнью пчел и мышей. В его архивах были найдены также заметки по лингвистике и даже метео­рологии. 

Лишь в 1900 году, в результате проведенных трех независимых исследований, были подтверждены результаты и выводы, сделанные Грегором Менделем. Наконец, весь научный мир признал гениальность работы, которую проделал скромный монах. 

В ХХ веке законы Менделя переросли в область биоинформатики и эволюционной генетики, на их основании были сделали многие новые открытия. А генетика стала самой динамичной специальностью естественных наук. Именно поэтому ХХI столетие называют веком Менделя, что и является наивысшим признанием гения ученого.