Що відкрив Грегор Мендель Дитяча енциклопедія
Двадцяте століття для біології почалося з сенсаційного відкриття. Водночас три ботаніки — голландець Гуго де Фріз, німець К. Корренс та австрієць К. Чермак — повідомили, що ще 35 років тому нікому не відомий чеський учений Грегор Йоган Мендель (1822—1884) відкрив основні закони успадкування окремих ознак. 1900 рік, рік вторинного відкриття законів Менделя, прийнято тепер вважати роком народження науки про спадковість — генетики.
Зовні життя Менделя було тихим і малопомітним. Він народився у сім'ї селянина-садівника. Хлопчик пристрасно прагнув знань. Батьки не мали коштів на освіту сина. Ціною великих зусиль і поневірянь Йоган закінчив гімназію, але університет був для нього недоступний.
Тут священик Мендель починає викладати в реальному училищі фізику, математику та інші природничі науки і викроює в монастирському саду крихітну ділянку землі, щоб почати досліди, яким судилося прославити його ім'я на віки.
Але як за якими законами комбінуються ці ознаки у нащадків, попередникам Менделя не вдалося з'ясувати. Помилка цих учених полягала в тому, що вони намагалися в одному схрещуванні простежити за долею багатьох ознак, але при цьому ще погано підбирали пари для схрещування, і все безнадійно заплутувалося. Потрібно було спростити завдання, не намагатися вирішити всі проблеми відразу, але це виявилося найважчим.
Менделю 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 організми, що схрещуються, не відрізнялися один від одного нічим, крім однієї ознаки. Розв'язавши рівняння першого ступеня, можна перейти і до складніших завдань. Як непроста ця думка Менделя, вона була великим кроком уперед.
Але які організми взяти для схрещування? Мендель і тут вирішив йти шляхом максимального спрощення завдання. Він зупинив свою увагу на рослинах, причому на тих, які запилюються власним пилком. На рослини, що перехреснозапиляються, вітер може випадково занести пилок з якоїсь іншої рослини, і тоді весь досвід піде нанівець. З самозапилювачів він вибрав горох.
Мендель перебрав 34 сорти гороху та залишив для дослідів лише 7 пар сортів. Сорти кожної пари відрізнялися лише однією ознакою. У одного сорту насіння було гладким, у іншого — зморшкуватим; стебло одного сорту було високе, до 2 м, у іншого ледве досягало 60 см; забарвлення віночка квітки у гороху одного сорту було пурпуровим, в іншого — білим.
Протягом трьох років Мендель акуратно висівав відібрані рослини та переконався, що це чисті сорти, вільні від домішок. Потім Мендель приступив до схрещування. У рослини з пурпуровим віночком квітки він видалив тичинки з пильовиками і переніс на приймочку маточка пилок від рослини з білими квітками. Пройшов належний термін, рослина зав'язала плоди, і восени в руках вченого було насіння гібриду. Коли навесні Мендель висіяв насіння гібриду в ґрунт і дочекався розпускання бутонів, він виявив, що всі квітки гібридних рослин мали таке ж пурпурове забарвлення, як і один із батьків (материнська рослина).
Що сталося? Можливо, пилок білоквіткової рослини виявився недієвим? Але в такому разі ніяких плодів не утворилося б, адже власний пилок материнської рослини був видалений ще в тичинках. Може, досвіду завадив сторонній пилок, занесений випадково з червоноквіткової рослини? Але горох — строгий самозапилювач, і можливість занесення чужого пилкувиключено. Але найголовніше — в інших схрещуваннях (сортів, що відрізнялися іншими ознаками) Мендель отримав той самий результат. У всіх випадках у нащадків першого схрещування виявлялася ознака лише одного з батьків. Одна з ознак виявилася настільки сильною, що повністю придушила прояв іншої ознаки. Мендель назвав його домінантним. Непроявлена, слабка ознака отримала назву «рецесивна». Так Мендель відкрив перше правило, або закон, спадковість: у гібридах першого покоління не відбувається ніякого взаємного розчинення ознак, а спостерігається переважання, домінування однієї (сильної) ознаки над іншою (слабкою) ознакою.
Того ж літа Мендель провів другу частину досвіду. Цього разу він схрестив між собою пурпурно-червоних братів та сестер, отриманих після першої гібридизації. Отримане від нового схрещування насіння він висіяв наступної весни. І ось на грядках зазеленіли сходи. Якими будуть квіти? Здавалося, що результат досвіду можна вгадати безпомилково. Яке потомство може бути від схрещування чорної собаки з чорною собакою? Очевидно, чорний собака. А від схрещування червоноквіткового гороху з червоноквітковим горохом? Очевидно, лише горох із червоними квітками. Але коли розпустилися бутони, Мендель виявив, що у чверті рослин забарвлення віночків було білим. Ознака білого забарвлення, здавалося, зникла після першого схрещування, знову з'явилася у «онуків». Сталося те, що Мендель влучно назвав розщепленням ознак.
Виявляється, при поєднанні зачатків білоквіткової та червоноквіткової рослин спадкові фактори білих квіток не розчинялися, не зникали, а лише тимчасово пригнічувалися сильними домінантними факторами червонопелюстковості. Зовнішній вигляд таких гібридів був оманливий. Гібридна природавиявлялася лише після другого схрещування. Коли пригнічений фактор білоцвітості однієї гібридної рослини зустрічався з таким самим пригніченим фактором другої гібридної рослини, у їхніх нащадків розвивалися білі квітки. Закономірність появи у нащадків другого покоління ознак, пригнічених у гібридах першого покоління, Гуго де Фріз назвав 1900 р. другим законом Менделя чи законом розщеплення.
Коли Мендель проаналізував, у якої кількості гібридів другого покоління з'являються домінантні і рецесивні ознаки, він виявив у всіх випадках одну і ту ж чисельну закономірність. Після схрещування гороху з гладким і зморшкуватим насінням Мендель отримав 253 насінини. Усі вони були гладкими. Після схрещування гладконасінних гібридів між собою відбулося у наступному поколінні розщеплення. Утворилося 7324 насінини: 5474 гладких та 1850 зморшкуватих. Відношення гладких (домінантна ознака) до зморшкуватих (рецесивна ознака) дорівнювало 2,96: 1. В іншому досвіді, де спостерігалося успадкування забарвлення насіння, з 8023 насінин, отриманих після другого схрещування, 6022 виявилися жовтими, а 2001 - зеленим. Ставлення жовтих до зелених дорівнювало 3,01 : 1. Мендель зробив подібні розрахунки всім семи пар сортів. Результат був скрізь той самий. Розщеплення домінантних і рецесивних ознак дорівнювало середньому 3 : 1. Мендель розумів, що виявлена ним закономірність може бути справедливою окремо взятої рослини, вона проявляється лише за схрещуванні великої кількості організмів.
Вчений не обмежився моногібридним схрещуванням, тобто таким, коли організми відрізнялися лише однією ознакою. Ґрунтуючись на відкритих закономірностях, він спочатку розрахував, а потім довів на досвіді, як відбувається розщеплення ознак у будь-яких випадках. Мендельперевірив свої висновки в дослідах із рослинами, що розрізнялися двома, а потім і трьома ознаками. Цього було достатньо, щоб переконатися, що й у складніших 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 відрізнялися однією, двома та трьома ознаками, нарешті дав формули для будь-яких схрещувань. Все ускладнюючи та ускладнюючи свою роботу, він піднімався сходинкою за сходинкою до вершини своєї теорії — передбачення принципів устрою генетичного матеріалу.
І саме цим прогнозом він випередив сучасну йому науку майже півстоліття. За часів Менделя нічого не було відомо про матеріальні носії спадковості — гени, а він описав їхні властивості подібно до того, як астрономи передбачали існування ще ніким не виявлених планет. Мендель міркував так: якщо існує домінантність і рецесивність, що виявляється при схрещуваннях, значить, статеві клітини несуть спадкові фактори, з яких один визначає властивість домінантності, інший — рецесивності. Так він передбачив існування факторів, пізніше названих генами, кожен із яких відповідає за властивість певної ознаки.
Якщо ці статеві чинники поєднуються у клітинах гібридного організму, всі його клітини несуть по два чинника однієї ознаки. Залежно від природи цих факторів організм міститиме однакові фактори (такі організми стали називати гомозиготними) або різні фактори (організм, гетерозиготний за даною ознакою). Це й пояснювало, чому при схрещуванні організмів, зовні абсолютно схожих один на одного, у потомстві раптом з'являються особини, зовні несхожі на своїх.прямих батьків, а нагадують «діда» чи «бабусю».
І нарешті, Мендель висловлює припущення, яке по праву вважають одним із найважливіших його законів. Він приходить до думки, що статеві клітини (гамети) несуть лише по одному задатку кожної з ознак і вільні (чисті) від інших задатків цієї ознаки. Цей закон отримав назву «закон чистоти гамет».
Після 1868 Мендель повністю залишив свої досліди. У цей час він почав сліпнути. Далася взнаки нелюдська напруга, з якою він протягом більше 10 років розглядав і сортував десятки тисяч рослин, квіток, стебел, листя, насіння. У 1884 р., не отримавши зізнання, великий чеський вчений Грегор Йоганн Мендель помер.
А через 16 років увесь науковий світ дізнався про відкриття Менделя. Сотні вчених у всьому світі почали продовжувати його дослідження; Пізніше закони Менделя вдалося пояснити поведінкою хромосом. Вже в наші дні гени були вивчені на молекулярному рівні та матеріальні носії спадковості, існування яких передбачив Мендель, почали вивчати за допомогою методів біології, фізики, хімії та математики.