Відкриття Менделя. Що відкрив Грегор Мендель? Відкриття гменделя ознаменували початок розвитку
1. Закони Менделя
2. Хромосомна теорія спадковості
3. Молекулярні основи спадковості
4. Гени у хромосомах. Мутації
1. Закони Менделя
Прогрес сучасної генетики до відкриття молекулярних основ спадковості забезпечила переважно робота генетиків з якісними поліморфізмами, оскільки закономірності успадкування цих ознак досить прості і доступні для генетичного аналізу. Саме з генетичної основи якісних ознак ми й почнемо виклад, а складніші механізми успадкування кількісних ознак розглянемо дещо пізніше, тим більше що в основі успадкування і тих та інших лежать ті самі закономірності, вперше відкриті Грегором Менделем.
Довгий час матеріальний субстрат спадковості був гомогенним речовиною. Вважалося, що спадкова речовина батьків поєднується у потомства подібно до двох взаєморозчинних рідин. Відповідно до цієї точки зору гібриди, тобто організми, отримані в результаті об'єднання спадкового матеріалу форм, що різняться, повинні являти собою щось проміжне між батьками. І справді, багато гібридів відповідають таким уявленням.
Однак наприкінці ХІХ ст. деякі дослідники спостерігали у гібридів таку мінливість, яку не можна було пояснити з погляду концепції про неподільність та гомогенність спадкових задатків. Одним із цих дослідників був Грегор Мендель. Г.Мендель першим показав, що спадкові задатки не змішуються, а передаються з покоління до покоління у вигляді постійних дискретних одиниць. Спадкові одиниці передаються через чоловічі та жіночі статеві клітини – гамети. У кожної особи спадкові одиниці зустрічаються парами, тоді як у гаметах знаходиться лише по одній одиниці з кожної пари.
Г. Мендель назвав одиниці спадковості "елементами". У 1900 р., коли закони Менделя було відкрито повторно і отримали визнання, одиниці спадковості назвали " чинниками " . У 1909 р. датський учений У. Йогансен дав їм інше ім'я - " гени " , а 1912 р. американський генетик Т. Морган показав, що гени перебувають у хромосомах.
З чого починав свої дослідження Г. Мендель? Успіх Г. Менделя багато в чому зумовлений вдалим вибором експериментального об'єкта. Р. Мендель працював із різними сортами гороху. У порівнянні з іншими рослинами горох має низку переваг для проведення експериментів з схрещування.
По-перше, сорти гороху чітко розрізняються за низкою ознак (це означає, що Г. Мендель експериментував із якісними ознаками, поліморфізмами).
По-друге, горох є рослиною, що самозапилюється, тим самим підтримується чистота сорту, тобто збереження ознаки з покоління в покоління.
По-третє, можна шляхом штучного запилення схрещувати рослини та отримувати потрібні гібриди. Гібриди також можуть давати потомство, тобто плідні, що, до речі, зустрічається не завжди. Іноді гібриди при віддаленому схрещуванні безплідні.
Г. Менделю вдалося підібрати такі пари контрастують ознак, які, як це було встановлено пізніше, мають простий тип успадкування. Г. Менделя цікавили такі ознаки, як форма насіння (гладка або зморшкувата), забарвлення насіння (жовте або зелене), забарвлення квіток (білі або забарвлені) та деякі інші.
Подібні досліди з гібридизації рослин неодноразово проводилися і до Менделя, але ніхто не зміг отримати таких всеосяжних даних, а головне, побачити в них закономірності спадковості. Слід особливо зупинитися тих моментах, які забезпечили Р. Менделю успіх, оскільки його можна вважати зразком проведення будь-якого наукового експерименту. Перш ніж розпочати основні експерименти, Г. Мендель провів попереднє дослідження експериментального об'єкта та ретельно спланував усі експерименти. Основним принципом дослідження була поетапність - вся увага спочатку концентрувалася на одній змінній, що спрощував аналіз, потім Т. Мендель приступав до аналізу інший. Усі методики суворо дотримувалися, ніж вносити спотворення результати; отримані дані ретельно реєструвалися. Г. Мендель провів безліч експериментів та отримав достатню кількість даних для забезпечення статистичної достовірності результатів. У виборі ж експериментального об'єкта Г. Менделю, справді, багато в чому пощастило, оскільки у спадкуванні відібраних ним ознак не позначалися деякі складніші закономірності, відкриті пізніше.
Вивчаючи результати схрещування рослин з альтернативними ознаками (наприклад, насіння гладке - насіння зморшкувате, квітки білі - квітки забарвлені), Г. Мендель виявив, що гібриди першого покоління (F1), отримані за допомогою штучного запилення, не є проміжними між двома батьківськими формами, а здебільшого відповідають одній з них. Наприклад, при схрещуванні рослин із забарвленими та білими квітками все потомство першого покоління мало забарвлені квітки. Та ознака батька, яким володіли рослини першого покоління, Г. Мендель назвав домінантним (від латинського dominans - панівний). У наведеному прикладі домінантною ознакою є забарвлення у квіток.
Від експериментально отриманих гібридів вже шляхом самозапилення Г. Мендель отримав потомство другого покоління (F2) і виявив, що ці нащадки не є однаковими: частина з них несе ознаку батьківської рослини, яка не проявилася у гібридів першого покоління. Таким чином, ознака, яка була відсутня в поколінні F1, знову проявилася в поколінні F2. Г. Мендель зробив висновок, що ця ознака була присутня в поколінні Fl у прихованому вигляді. Г. Мендель назвав його рецесивним (від латинського recessus - відступ, видалення). У нашому прикладі рецесивною ознакою будуть білі квіти.
Г. Мендель провів цілу серію аналогічних дослідів із різними парами альтернативних ознак і щоразу ретельно підраховував співвідношення рослин із домінантними та рецесивними ознаками. У всіх випадках аналіз показав, що відношення домінантних ознак до рецесивних поколінь F2 становило приблизно 3:1.
У третьому поколінні (F3), отриманому так само шляхом самозапилення рослин з покоління F2, виявилося, що ті рослини з другого покоління, які несли рецесивну ознаку, дали потомство, що не розщеплюється; рослини з домінантною ознакою частково виявилися нерозщеплюваними (константними), а частково дали таке ж розщеплення, як і гібриди F1 (3 домінантних на 1 рецесивний).
Заслуга Г. Менделя в тому, що він зрозумів: такі співвідношення ознак у потомстві можуть бути лише наслідком існування відокремлених і незмінних одиниць спадковості, що передаються зі статевими клітинами від покоління до покоління. Г. Мендель ввів літерні позначення для домінантного та рецесивного факторів, причому домінантні позначалися великими літерами, а рецесивні – дрібними. Наприклад: А – квітки забарвлені, а – квітки білі; В - насіння гладке, b - насіння зморшкувате.
Висновки Менделя зводилися до такого:
Оскільки вихідні сорти є чистими (не розщеплюються), це означає, що у сорту з домінантною ознакою має бути два домінантні фактори (АА), а у сорту з рецесивною ознакою – два рецесивні (аа).
Статеві клітини містять лише один фактор (у домінантного – А, у рецесивного – а).
Рослини першого покоління F1 містять один фактор, отриманий через статеві клітини від кожного з батьків, тобто А і а (Аа).
У поколінні F1 чинники не поєднуються, а залишаються відокремленими.
Один із факторів домінує над іншим.
Гібриди F1 утворюють з рівною частотою два роди статевих клітин: одні містять фактор А, інші - а.
При заплідненні жіноча статева клітина типу А матиме рівні шанси з'єднатися як із чоловічою статевою клітиною, що несе фактор А, так і з чоловічою клітиною, що несе фактор а. Те саме справедливо і для жіночих статевих клітин типу а.
У роботі Г. Мендель не сформулював ніяких законів, які зараз широко відомі під ім'ям законів Г. Менделя. За нього це зробили інші дослідники, які повторно відкрили менделівські закономірності. Тим не менш, основні закони генетики по праву носять ім'я їхнього першовідкривача.
Перший закон Менделя, чи закон розщеплення, формулюється так. При освіті гамет відбувається поділ пари спадкових батьківських чинників, отже у кожну гамету потрапляє лише одне із них. Відповідно до цього закону ознаки даного організму детермінуються парами внутрішніх факторів.
Найголовніше у відкритті Г. Менделя – це демонстрація того, що гібриди F1, незважаючи на зовнішній прояв лише однієї ознаки, утворюють гамети більш ніж одного типу, які з рівною частотою несуть як домінантний, так і рецесивний фактори. Насамперед вважалося, що гібриди, які на практиці часто є проміжними формами, утворюють статеві клітини, які так само мають проміжну конституцію. Г. Мендель показав, що спадкові одиниці постійні та дискретні. Вони передаються у незмінному вигляді з покоління до покоління. Вони не змінюються, а лише перегруповуються.
Експерименти Г. Менделя щодо схрещування рослин з однією парою альтернативних ознак є прикладом моногібридного схрещування.
Встановивши закономірності розщеплення при схрещування по одній парі альтернативних ознак, Г. Мендель перейшов до вивчення спадкування двох пар таких ознак.
Схрещування особин, що несуть дві пари ознак (наприклад, гладке і одночасно жовте насіння і зморшкувате і одночасно зелене насіння), носить назву дигібридного схрещування.
Припустимо, що одна батьківська рослина несе домінантні ознаки (гладке жовте насіння), а інше - рецесивні ознаки (зморшкувате зелене насіння). Г. Мендель вже знав, які ознаки домінантні, і те, що в поколінні F1 усі рослини мали гладке жовте насіння, не було дивно. Г. Менделя цікавило розщеплення ознак у другому поколінні F2.
Співвідношення різних поєднань ознак виявилося таким:
- Гладких жовтих - 9,
- зморшкуватих жовтих - 3,
- Гладких зелених - 3,
- зморшкуватих зелених - 1,
– тобто 9:3:3:1.
Таким чином, у поколінні F2 з'явилося два нових поєднання ознак: зморшкуваті жовті та гладкі зелені. На підставі цього Г. Мендель зробив висновок, що спадкові задатки батьківських рослин, які об'єдналися в поколінні F1, у наступних поколіннях поділяються і поводяться незалежно – кожна ознака з однієї пари може поєднуватися з будь-якою ознакою з іншої пари. Це відкриття Г. Менделя отримало назву другого закону Менделя, чи принципу незалежного розподілу.
Розщеплення при дигібридному схрещуванні також можна собі уявити у вигляді таблиці, якщо домінантні фактори позначити літерами А та В, а рецесивні – а та b. Тоді батьківські форми будуть ААВВ та aabb, їх гамети – АВ та ab, а гібриди першого покоління F1 – АаВb. Відповідно у цих гібридів можливі чотири типи гамет, що представлено в таблиці 3.3.
Запис такого роду (у вигляді таблиці) зветься грати Пеннета. Вона дозволяє звести до мінімуму помилки, які можуть виникнути при складанні всіх можливих поєднань гамет.
Найбільш важливе положення, що випливає з другого закону Менделя, полягає в тому, що спадкові фактори схрещуваних сортів при утворенні гамет можуть утворювати нові поєднання, або рекомбінуватись.
Значення відкриттів Менделя, на жаль, не було оцінено за його життя. Ймовірно, це пояснювалося тим, що тоді ще не вдалося визначити структури в гаметах, через які здійснюється передача спадкових факторів від батьків до нащадків. Лише до кінця ХІХ ст. у зв'язку з підвищенням роздільної здатності мікроскопів стали вестися спостереження за поведінкою клітинних структур під час запліднення та поділу клітин, що призвело до створення хромосомної теорії спадковості.
(1822-1884) австрійський натураліст, основоположник вчення про спадковість
Народився Грегор Йоган Мендель 22 липня 1822 р. у селі Хінчиці на території сучасної Чехії в сім'ї селянина. Батько прищепив йому любов до роботи в саду, і цю любов Йоган зберіг на все життя.
Майбутній учений ріс тямущим і допитливим хлопчиком. Вчитель початкової школи, помітивши неабиякі здібності свого учня, нерідко говорив його батькові про те, що Йоганн має продовжити навчання.
Проте сім'я Менделя жила бідно, і тому важко було відмовитися від допомоги Йоганна. До того ж хлопчик, допомагаючи батькові господарювати, рано навчився доглядати фруктові дерева, рослини, а крім того, чудово розбирався в квітах. І все ж батько хотів дати синові освіту. І одинадцятирічний Йоган, залишивши будинок, продовжив навчання спочатку в школі в Липнику, а потім у гімназії в Опаві. Але нещастя, здавалося, переслідували сім'ю Менделів. Минуло чотири роки, і батьки Йоганна не змогли більше сплачувати за освітою сина. Він змушений був сам заробляти собі життя, даючи приватні уроки. Проте навчання Йоган Мендель не покинув. У його випускному атестаті, отриманому 1840 р. після закінчення гімназії, майже з усіх предметів стояло «відмінно». Мендель вступає вчитися до Оломоуцького університету, закінчити який йому не вдалося, тому що у сім'ї не вистачало коштів не тільки на оплату навчання сина, а й на життя. І Мендель погоджується з пропозицією викладача математики постригтися у ченці монастиря у місті Брно.
У 1843 р. Мендель постригся у ченці й у серпневому монастирі Брно отримав нове ім'я - Грегор. Ставши ченцем, Мендель нарешті був позбавлений потреби і постійної турботи про шматок хліба. Крім того, у молодої людини з'явилася можливість займатися природничими науками. У 1851 р. за дозволом настоятеля монастиря Мендель переїжджає до Відня і починає вивчати в університеті природничі науки, багато часу присвячуючи фізиці та математиці. Але отримати диплом йому таки не вдалося. Ще при вступі до монастиря він отримав невелику ділянку землі, на якій займався ботанікою, селекцією та проводив свої знамениті досліди щодо гібридизації сортів гороху. Мендель вивів кілька сортів овочів та квітів, наприклад, фуксію, яка була широко відома серед садівників того часу.
Досліди з схрещування сортів гороху він провів у період 1856-1863 рр. Вони почалися до появи книги Ч. Дарвіна «Походження видів» та закінчилися через 4 роки після її появи. Мендель уважно вивчав цю працю.
Обмірковано, з повним розумінням поставленого завдання, він обрав об'єктом своїх дослідів горох. Ця рослина, будучи самозапилювачем, по-перше, представлена цілою низкою чистолінійних сортів; по-друге, квітки захищені від проникнення чужого пилку, що дозволило суворо контролювати процеси розмноження; по-третє, гібриди, що виходять від схрещування сортів гороху, цілком плідні, а це дозволило простежити за перебігом успадкування ознак у ряді поколінь. Домагаючись максимальної ясності дослідів, Мендель вибрав для аналізу сім пар чітко різняться ознак. Ці відмінності були такі: гладкі круглі або зморшкуваті та неправильної форми насіння, червоне або біле забарвлення квітки, висока або низька рослина, форма стручків випукла або перешнурована але зернам тощо.
З наполегливістю і сумлінністю, яким можуть позаздрити багато дослідників, протягом восьми років Мендель висівав горох, доглядав його, переносив пилок з квітки на квітку і, найголовніше, постійно підраховував, скільки ж виходить червоних і білих квіток, круглих і довгастих, жовтих. і зелений горошин.
Вивчення гібридів виявило цілком певну закономірність. Виявилося, що у гібридах з пари контрастирующих ознак проявляється лише одне, незалежно від цього, чи йде ця ознака від матері чи батька. Мендель означає їх як домінантні. Крім того, він відкрив і проміжні прояви властивостей. Так, наприклад, схрещування червоноквіткового гороху з білоквітковим давало гібриди з рожевими квітками. Однак проміжний прояв нічого не змінює у законах розщеплення. Досліджуючи потомство гібридів, Мендель встановив, що з домінантними ознаками, у частини рослин виявлялися ознаки іншого вихідного батька, які у гібридах не зникають, а переходять у прихований стан. Такі ознаки він назвав рецесивними. Ідея про рецесивність спадкових властивостей і сам термін «рецесивність», як і термін «домінантність», назавжди увійшли до генетики.
Розглянувши кожну ознаку окремо, вчений зумів точно підрахувати, яка частина нащадків отримає, наприклад, гладке насіння, а яка - зморшкувате, і встановив числове співвідношення за кожною ознакою. Він дав класичний приклад ролі математики у біології. Числове співвідношення, отримане вченим, виявилося досить несподіваним. На кожну рослину з білими квітками припадало три рослини з червоними. При цьому червоне або біле забарвлення квіток, наприклад, ніяк не впливало на колір плода, висоту стебла і т.д. Кожна ознака успадковується рослиною незалежно від іншої.
Висновки, яких прийшов Мендель, набагато випереджали його століття. Він не знав, що спадковість зосереджена в ядрах клітин, а точніше – у хромосомах клітин. Тоді ще існувало й терміну «хромосома». Він не знав, що таке ген. Однак порожнечі у знаннях про спадковість не завадили вченому дати їм блискуче пояснення. 8 лютого 1865 р. на засіданні товариства дослідників природи в Брно вчений виступив з доповіддю про гібридизацію рослин. Доповідь була зустрінута здивованою мовчанкою. Слухачі не порушили жодного питання, здавалося, вони нічого не зрозуміли в цій премудрій математиці.
Відповідно до існуючих тоді порядків, звіт Менделя був пересланий у Відень, Рим, Петербург, Краків та інші міста. Ніхто не звернув на нього уваги. Суміш математики з ботанікою суперечила всім поняттям, що тоді існували. Звичайно, Мендель розумів, що його відкриття йде врозріз з поглядами інших вчених на спадковість, які панували на той час. Але була ще одна причина, що відсунула його відкриття другого план. Справа в тому, що в ці роки еволюційна теорія Ч. Дарвіна здійснювала свою переможну ходу світом. І вченим було не до чудасій горохового потомства та педантичної алгебри австрійського натураліста.
Незабаром Мендель залишив свої дослідження гороху. Відомий біолог Негелі порадив йому зайнятися дослідами з рослиною яструбинкою. Ці досліди давали дивні та несподівані результати. Марно бився Мендель над крихітними жовтими і червоними квітками. Підтвердити результати, отримані гороху, йому вдалося. Підступність яструбінки полягала в тому, що її насіння відбувалося без запліднення, а цього не знали ні Г. Мендель, ні Негелі.
Навіть у гарячу пору захоплення дослідами з горохом і яструбинкою він не забував про свої чернечі та мирські справи. На цій ниві його наполегливість та завзятість були винагороджені. У 1868 р. Менделя обирають на високу посаду настоятеля монастиря, що він обіймав остаточно життя. І хоча видатний учений прожив нелегке життя, він з вдячністю визнавав, що радісних і світлих хвилин у ньому було набагато більше. За його словами, наукова робота, якою він займався, принесла йому величезне задоволення. Він був переконаний, що незабаром її визнають у всьому світі. Так воно й сталося, щоправда, вже після його смерті.
Грегор Йоган Мендель помер 6 січня 1884 р. У некролозі серед численних звань і заслуг вченого був згадки у тому, що він є відкривачем закону спадковості.
Мендель не помилився у своєму пророцтві, зробленому перед смертю. Через 16 років, на порозі XX століття, вся біологічна наука була схвильована повідомленням про вдруге відкриті закони Менделя. У 1900 р. Г. де Фріз у Голландії, Е. Чермак в Австралії та Карл Корренс у Німеччині незалежно один від одного перевідкрили закони Менделя і визнали його пріоритет.
Перевідкриття цих законів викликало стрімкий розвиток науки про спадковість та мінливість організмів - генетики.
Починаючи з 1856 року, Грегор Мендельпроводив досліди з горохом у монастирському саду.
У своїх дослідах із схрещування гороху Грегор Мендельпоказав, що спадкові ознаки передаються дискретними частинками (які сьогодні називають генами).
Щоб оцінити цей висновок, потрібно врахувати, що на кшталт на той час спадковість вважалося безперервною, а чи не дискретною, у результаті, як вважали, у нащадків ознаки предків «усереднюються».
У 1865 році він зробив доповідь про свої експерименти в Брюннському (нині це місто Брно в Чехії) суспільстві дослідників природи. На засіданні йому не було поставлено жодного питання. Через рік стаття Менделя «Досліди над рослинними гібридами» була опублікована у працях цього товариства. Том був розісланий у 120 університетських бібліотек. Окрім цього, автор статті замовив додатково 40 окремих відбитків своєї роботи, багато з яких розіслав відомим йому ботанікам. Відгуків також не було…
Ймовірно, сам учений зневірився у своїх дослідах, оскільки провів серію нових експериментів із схрещування яструбінки (рослина сімейства айстрових) і потім – з схрещування різновидів бджіл. Результати, раніше отримані ним на гороху, не підтвердилися (сучасні генетики розібралися причин цієї невдачі). А 1868 року Грегор Мендельбув обраний настоятелем монастиря та більше до біологічних досліджень не повертався.
«Відкриття Менделем основних принципів генетики ігнорувалося протягом тридцяти п'яти років після того, як про нього не тільки було зроблено доповідь на засіданні наукового товариства, а й навіть опубліковано його результати. На думку Р. Фішера, кожне наступне покоління схильно помічати у початковій статті Менделя лише те, що очікує у ній знайти, ігноруючи решту. Сучасники Менделя бачили у цій статті лише повторення добре на той час відомих експериментів із гібридизації. Наступне покоління зрозуміло важливість його знахідок, що належать до механізму спадковості, але не змогло повністю оцінити їх, оскільки ці знахідки, здавалося, суперечили теорії еволюції, що особливо гаряче обговорювалася на той час. Дозвольте, до речі, додати, що знаменитий статистик Фішер перевірив ще раз результати Менделяі заявив, що при обробці сучасними статистичними методами висновки батька генетики демонструють явне зміщення на користь результатів, що очікувалися».
Неймовірно, але факт: людина здатна керувати своїми генами. Вже зараз ми досягли так багато в галузі генетики:
– нам відомо, чим визначаються всі ознаки організму;
- Клонування стало реальністю;
- Зміна генів стало буденністю в певних науках.
Як це стало можливим і що чекає на нас у майбутньому? Ця книга коротко і зрозуміло розповість про історію генетики, про вчених та їх відкриття.
Будьте в курсі наукових відкриттів – лише за годину!
Книга:
2.1. Початок генетики. Грегор Мендель: відкриття великі, але непомічені
| <<< Назад
|
Вперед >>> |
2.1. Початок генетики. Грегор Мендель: відкриття великі, але непомічені
Отже, до кінця ХІХ ст. вчені були як ніколи близькі до того щоб відкрити всі таємниці спадковості: були виділені та описані практично всі елементи клітини, припущений зв'язок хромосом з передачею ознак від батьків потомству. Але закономірності у прояві тих чи інших ознак, як і раніше, не проглядалися. Принаймні офіційно. Цікавий історичний казус: коли Август Вейсман, Вальтер Флеммінг та Генріх Вальдейєр проводили свої дослідження та намагалися знайти відповіді на питання, пов'язані зі спадковістю, августинський чернець Грегор Мендель у місті Брюнні (тоді Австрійська імперія; нині – місто Брно, Чехія) давно вже вивів основні правила успадкування різноманітних ознак, застосувавши встановлення закономірностей математичні методи. Але його відкриття, що стали містком від гіпотез ХІХ ст. до сучасної генетики, за життя дослідника розглянуті та оцінені не були… Втім, про все по порядку.
Грегор Мендель народився 1822 р. у Моравії, походив із бідної селянської сім'ї і за хрещення отримав ім'я Йоганн. З раннього дитинства хлопчик виявляв здібності до навчання та інтерес до наук, але через важке матеріальне становище сімейства не зміг в юності завершити освіту і в 1843 р. постригся в ченці Августинського монастиря святого Хоми, взявши чернече ім'я Грегор. Тут він отримав можливість вивчати біологію, яку любив. Здавалося б, дивне заняття для ченця. Нічого дивного: августинці приділяли особливу увагу освіті та освіті – насамперед, звичайно, релігійній, але монастир у Брюнні йшов у ногу з часом. Там була чудова бібліотека, лабораторії, великі колекції наукових приладів та головне – чудові сади та оранжереї, в яких Мендель проводив більшу частину часу. Зацікавившись питаннями спадковості, він звернувся до робіт своїх попередників. Віддаючи належне їхнім працям, Грегор Мендель справедливо зауважував, що якихось закономірностей у схрещуванні та прояві у гібридів тих чи інших ознак вони не знайшли.
Чи є взагалі якийсь загальний закон, який встановлює, якими саме будуть квіти у гібридних троянд чи запашного горошку? Чи можна спрогнозувати, якою масті будуть кошенята від кота та кішки, що відрізняються за кольором та структурою вовни? Зрештою, чи можна математично прорахувати, в якому поколінні і з якою частотою проявиться та чи інша ознака?
Для дослідів Грегор Мендель за прикладом Томаса Ендрю Найта обрав звичайнісінький садовий, або посівний горох (Pisum sativum). Це самозапильна рослина: у звичайних умовах пилок з тичинок квітки переноситься на маточка тієї ж квітки (на відміну від перехресного запилення, при якому пилок повинен переноситися з однієї рослини на іншу).
У генетиці до самозапильних відносять рослини, у яких запилення відбувається між різними квітками одного і того ж екземпляра.
Дослідник вважав, що така особливість забезпечить чистоту досвіду, адже при самозапиленні насіння та плоди одержують певні ознаки тільки від однієї рослини. Отже, запилюючи горох штучно, переносячи пилок з одного екземпляра на інший, можна скоротити кількість непередбачених випадковостей і цілеспрямовано використовувати лише ті рослини, які цікавлять нас як піддослідні. Крім того, горох має набір різноманітних і добре відомих ознак: колір насіння, форма стручка, висота стебла. Взаємно запилюючи горох із різко відмінними ознаками, Мендель мав намір, отримавши гібридні зразки, вивести закономірності успадкування. Він почав з того, що розподілив вибрані ним рослини за такими ознаками:
По довжині (висоти) стебла: високі чи низькорослі;
За розташуванням квіток: уздовж стебла або в основному на його верхівці;
За кольором стручків (жовті чи зелені);
За формою насіння (гладка чи зморшкувата);
За кольором насіння (жовтий чи зелений) тощо.
Потім були вісім років дослідів, кілька десятків тисяч вихідних рослин та гібридів, складні обчислення та статистичні таблиці. Грегор Мендель схрещував рослини з ознаками, що різко розрізняються: наприклад, вибирав батьків, у одного з яких насіння було гладке, а в іншого – зморшкувате.
Насамперед він звернув увагу на те, що в першому поколінні гібриди виявляли в тій чи іншій своїй частині ознаки лише одного з батьків. При схрещуванні рослини з жовтим насінням і рослини із зеленим насінням у гібрида не було жовто-зеленого або строкатого насіння – їх колір повністю успадковувався від одного з батьків. Таким чином, Мендель збагатив лексикон майбутніх генетиків важливими термінами: ознаки, що виявлялися у першому гібридному поколінні, він назвав домінантними; а ті, що відійшли на другий план і не позначилися в першому поколінні гібридів, є рецесивними.
Цікавих результатів він досяг при схрещуванні високих і низькорослих рослин гороху. Нащадок у першому поколінні було високим. Але коли ці рослини самозапилювалися і давали насіння, наступне покоління вже ділилося таким чином: одна низька рослина на три високі. Зовнішній вигляд наступних поколінь та співвідношення високих та низьких екземплярів теж можна було математично спрогнозувати. Таке саме співвідношення спостерігалося і в поєднаннях інших ознак.
Більшість сучасних генетиків переконані, що Грегор Мендель передбачив поняття гена. Лише через багато років ген отримає визначення - ділянку ДНК, що відповідає за спадковість. Але не забігатимемо наперед: розмова про ДНК нам ще належить. А Мендель не використав поняття «ген», цей термін з'явиться набагато пізніше. Він писав про «фактори», або «завдатки», стверджуючи, що та чи інша ознака (колір, розмір, форма) рослини визначається двома факторами, один з яких міститься в чоловічій, а інший – у жіночій статевій клітині. Рослини, що виникли внаслідок злиття клітин, що несуть у собі однакові «задатки», дослідник назвав константними (згодом їх назвуть гомозиготними).
Для спрощення роботи Грегор Мендель позначав домінантні ознаки в парі рослин великими літерами (А, В, С), а рецесивні – малими (а, b, с). Отже, при описі гібридів можна було скласти прості формули, що наочно демонструють поєднання ознак та їхню «проявність». Менделю послужило добру службу те, що деякий час захоплювався математикою і викладав її в школі. Схильність до систематизації та впевнене поводження з цифровими та літерними позначеннями допомогли йому зробити те, що до нього дослідникам було недоступно: виявити та описати закономірності спадковості. Нині ці закономірності відомі як закони Менделя. Давайте ознайомимося з ними докладніше.
генетики. Грегор Мендель: відкриття великі, але непомічені" class="img-responsive img-thumbnail">
Перше і друге гібридні покоління у дослідах Менделя з низьким та високорослим горохом
1. Закон однаковості гібридів першого покоління (він же закон домінування ознак) говорить, що при схрещенні двох константних (або, як сказали б зараз, гомозиготних) рослин все перше покоління гібридів буде повністю подібне до одного з батьків – на перший план вийдуть домінантні ознаки. Щоправда, відомі випадки неповного домінування: коли домінантна ознака не може повністю придушити слабкішу, рецесивнішу. Пам'ятаєте, раніше ми описували припущення низки вчених XVIII–XIX ст., які стверджували, що за логікою речей гібрид завжди повинен бути чимось середнім між батьківськими екземплярами? У ряді випадків це можливо, наприклад, у деяких видів квітів при схрещуванні рослин з червоними та білими квітами у першому поколінні гібридів квіти будуть рожевими. Тобто домінантний червоний колір пелюсток не зміг повністю придушити білий рецесивний. Можуть бути й інші приватні особливості у законі однаковості, але наше завдання – дати читачеві найзагальніші відомості про генетику та її історію.
2. Закон розщеплення ознак: якщо схрещувати між собою гібриди першого покоління, то у другому поколінні ознаки обох батьківських форм виявляться у певному співвідношенні.
3. Закон незалежного успадкування ознак: якщо схрещуються дві особи, які відрізняються одна від одної двома парами ознак, фактори та пов'язані з ними ознаки успадковуватимуться і комбінуватимуться незалежно одна від одної. Так, Мендель схрестив горох із гладкими жовтими зернами та горох із зморшкуватими зеленими зернами. При цьому жовтий колір та гладкість зерен були домінантними ознаками. Перше покоління гібридів було повністю представлене рослинами з домінантними ознаками – горох мав жовті гладкі зерна. Після самозапилення гібридів були отримані нові рослини: у дев'яти були жовті гладкі зерна, у трьох – жовті зморшкуваті, у трьох – зелені гладкі та одна рослина мала зелені зморшкуваті зерна.
Звісно, згодом закони Менделя уточнювалися відповідно до нових наукових даних. Наприклад, стало відомо, що якщо за тією чи іншою ознакою рослини або організму відповідає не один ген, а кілька, то форми наслідування будуть складнішими і складнішими. Але все ж таки Грегор Мендель був першопрохідником у галузі закономірностей успадкування, і на його честь вчення про спадковість пізніше було названо менделізмом.
Чому ж його дослідження за життя не отримали визнання? Відомо, що в 1865 р. Грегор Мендель виступив з доповіддю в Товаристві дослідників природи і опублікував статтю «Досліди з гібридизації рослин», що не здобула особливого успіху в науковому середовищі. Швидше за все, відкриття брюннського ченця не набули розвитку насамперед тому, що він сам незабаром розчарувався в їхніх результатах. Мендель приступив до схрещування деяких видів рослин, які спочатку мали особливості в способах розмноження. Таким чином, закономірності, які він вивів під час роботи з горохом, не отримали підтвердження – неприємний підсумок майже десятків років напруженої роботи! Незабаром Грегор Мендель став абатом і нові обов'язки змусили його повністю закинути біологічні дослідження. Про його роботи згадали лише на початку XX ст., коли кілька вчених «відкрили» закони Менделя та підтвердили його розробки. Сам біолог-августинець помер 1884 р., задовго до тріумфального повернення його ідей у наукове середовище.
| <<< Назад
|
Вперед >>> |
Грегор Йоган Мендель (20 липня 1822, Хейнцендорф, Австрійська імперія - 6 січня 1884, Брно, Австро-Угорщина) - австрійський біолог, основоположник вчення про спадковість, відомого як менделізм. Його відкриття стали основою сучасної генетики.
Майбутній учений народився у селянській сім'ї. Інтерес до природи він виявляв ще у дитинстві, працюючи садівником. Близько 2 років він навчався у філософських класах інституту Оломоуца (Чехія). Потім його життя набуло дуже цікавого обороту.
1843 р. – став ченцем Августинського монастиря Св. Хоми (Брно, Чехія). Після постригу одержав ім'я Грегор. На новій ниві він знайшов фінансову підтримку, а потім і заступництво.
1844-1848 р.р. – проходив навчання у Брюннському богословському інституті.
1847 р. – став священиком. При цьому займався самоосвітою, заміняв викладачів математики та грецької мови в одній із шкіл. Але коли складав іспит на звання вчителя, отримав незадовільні оцінки з геології та біології.
1849-1851 рр. – був викладачем математики, грецької та латинської мов у Зноймській гімназії.
1851-1853 рр. – навчався у Віденському університеті. Саме тим часом Грегора Менделя зацікавив процес гібридизації рослин.
1854 р. – почав викладати природну історію та фізику у Вищій реальній школі Брюнне.
1856 - знову провалив іспит з біології, тому залишався ченцем, а пізніше став абатом Августинського монастиря в Брно.
1856-1863 р.р. – почав проводити досліди на гороху, у яких було сформульовано закони, пояснили механізм успадкування («Закони Менделя»). Усі експерименти абат проводив у невеликому парафіяльному саду.
1865 р. – в одному з томів «Праць брюннського суспільства дослідників природи» були опубліковані результати дослідів Менделя. Щоправда, ця робота не викликала особливого інтересу у сучасників. Хоча сам учений переконаний, що зробив надзвичайно важливе відкриття. Але провівши досліди щодо схрещування різновидів яструбінки, а потім різновидів бджіл, зневірився у зробленому відкритті. Зазначимо, що на той час ще не були відомі деякі особливості механізмів запліднення яструбінки та бджіл.
1868 р. – стає абатом Старобрненського монастиря. Саме тоді він перестав займатися біологічними дослідженнями.
1884 - Грегор Мендель помер. Він так і не був визнаний сучасниками. Цікаво, що на його могилі вигравірували напис "Мій час ще прийде!".
Важливість висновків, зроблених Менделем, вчені усвідомили лише на початку 20 в. У цей час низка дослідників знову відкрили закони успадкування, раніше виведені священиком. Фактично вчений-аматор відкрив важливі принципи, яких не помічало багато видатних біологів перед ним.
У Старобрненському монастирі августинців, розташованому на околиці Брно, встановлено пам'ятник Менделю. Рукописи, малюнки та інші документи Менделя знаходяться у спеціально створеному музеї. Тут можна побачити старовинний мікроскоп та інші прилади, які вчений використовував під час дослідів.
На честь Менделя названо університет і площу в Брно, а також 1-у чеську наукову станцію, створену в Антарктиді.
