Secolul XX pentru biologie a început cu o descoperire senzațională. În același timp, trei botanisti – olandezul Hugo de Vries, germanul K. Correns și austriacul K. Cermak – au raportat că în urmă cu 35 de ani, un necunoscut savant ceh Gregor Johann Mendel (1822-1884) a descoperit legile de bază ale moștenirii a trăsăturilor individuale. Anul 1900, anul celei de-a doua descoperiri a legilor lui Mendel, este acum considerat anul nașterii științei eredității – genetica.
În exterior, viața lui Mendel era liniștită și discretă. S-a născut într-o familie de grădinar țăran. Băiatul s-a străduit cu pasiune pentru cunoaștere. Părinții nu aveau mijloace pentru a-și educa fiul. Cu prețul unui mare efort și lipsuri, Johann a absolvit gimnaziul, dar universitatea îi era inaccesibilă.
La douăzeci de ani, Mendel a trecut pragul mănăstirii augustiniene din liniștit oraș boem Brunn (acum Brno în Cehoslovacia). S-ar putea considera că soarta lui a fost determinată: împreună cu gradul de novice, a primit un nou nume – Gregor și a început să studieze Sfintele Scripturi. Au trecut patru ani, iar Mendel a devenit preot. Dar în loc să citească predici, să se împărtășească și să se spovedească, a părăsit sfânta mănăstire. Știința naturii, științele exacte l-au atras ca înainte. Pe cheltuiala mănăstirii, Mendel călătorește la Viena și încearcă să intre la universitate pentru a studia temeinic fizica și matematica. După ce a eșuat, se întoarce la Brunn.
Aici preotul Mendel începe să predea fizică, matematică și alte științe ale naturii într-o școală adevărată și decupează un mic teren în grădina mănăstirii pentru a începe experimentele care au fost destinate să-i glorifice numele de secole.
În 1865, a publicat rezultatele muncii sale, punând bazele științifice ale geneticii. Scopul principal urmărit de Mendel a fost acela de a afla legile care determină dezvoltarea descendenților din părinți încrucișați care diferă prin caracteristicile lor ereditare. Toate semnele care au caracterizat atât organismele paterne, cât și cele materne au fost încorporate în celulele lor germinale, iar organismul format din celulele germinale fuzionate (ovul matern și spermatozoizii paterni) ar fi trebuit să poarte atât semnele tatălui, cât și ale mamei
. )
Dar cum, după ce legi se îmbină aceste semne în descendenți, predecesorii lui Mendel nu au reușit să afle. Greșeala acestor oameni de știință a fost că au încercat să urmărească soarta multor trăsături într-o singură trecere și, în același timp, au ales perechi proaste pentru încrucișare, iar totul a fost iremediabil confuz. A fost necesar să se simplifice sarcina, nu să încerce să rezolve toate problemele deodată, dar aceasta s-a dovedit a fi cea mai dificilă.
Mendel a fost ajutat de înclinația sa pentru științele exacte. . Primul lucru pe care l-a observat a fost numărul de semne de urmărit. Era important să se aleagă perechile pentru încrucișare în așa fel încât organismele încrucișate să nu se deosebească în niciun fel unele de altele, cu excepția unui singur semn. După ce ați rezolvat ecuația de gradul întâi, puteți trece la probleme mai complexe. Oricât de simplu ar fi acest gând despre Mendel, a fost un mare pas înainte.
Dar ce organisme să ia pentru a trece? Aici Mendel a decis să urmeze calea simplificării maxime a problemei. Și-a concentrat atenția asupra plantelor și asupra celor care sunt polenizate de propriul lor polen. La plantele cu polenizare încrucișată, vântul poate transporta accidental polen de la o altă plantă, iar apoi întreaga experiență se va scurge. Dintre autopolenizatori a ales mazărea.
Mendel a trecut prin 34 de soiuri de mazăre și a lăsat doar 7 perechi de soiuri pentru experimente. Soiurile fiecărei perechi diferă doar într-o singură trăsătură. Într-un soi, semințele erau netede, în celălalt, încrețite; tulpina unui soi era înaltă, până la 2 m, la celălalt abia ajungea la 60 cm; culoarea corolei unui soi de mazăre era violet, celălalt alb.
Timp de trei ani, Mendel a semănat cu grijă plantele selectate și s-a asigurat că acestea sunt soiuri pure, lipsite de impurități. Mendel a procedat apoi la încrucișarea. Într-o plantă cu corola violet, a îndepărtat staminele cu antere și a transferat polenul de la o plantă cu flori albe în stigma pistilului. Data scadenței a trecut, planta a dat roade, iar toamna semințele hibridului au fost în mâinile omului de știință. Când Mendel a semănat semințele hibridului în sol primăvara și a așteptat să se deschidă mugurii, a constatat că toate florile plantelor hibride aveau aceeași culoare violetă ca unul dintre părinți (planta mamă).
Bine sa întâmplat? Poate polenul unei plante cu flori albe s-a dovedit a fi ineficient? Dar, în acest caz, nu s-ar fi format niciun fruct, deoarece polenul propriu al plantei mamă a fost îndepărtat în timp ce era încă în stamine. Poate că experimentul a fost împiedicat de polenul străin adus întâmplător de la o plantă cu flori roșii? Dar mazărea este un autopolenizator strict, iar posibilitatea introducerii polenului străin este exclusă. Dar cel mai important, în alte încrucișări (soiuri care diferă în alte caracteristici), Mendel a obținut în esență același rezultat. În toate cazurile, urmașii primei încrucișări au prezentat trăsătura doar a unuia dintre părinți. Unul dintre semne era atât de puternic încât a suprimat complet manifestarea unui alt semn. Mendel l-a numit dominant. O trăsătură slabă nemanifestată se numește „recesivă”. Așa că Mendel a descoperit prima regulă, sau lege, a eredității: la hibrizii din prima generație, nu există dizolvare reciprocă a trăsăturilor, ci există o predominanță, dominație a unei trăsături (puternice) asupra altei trăsături (slabe).
În aceeași vară, Mendel a condus a doua parte a experimentului. De data aceasta a încrucișat frați și surori violet-roșu, obținute după prima hibridizare. A semănat semințele de la noua trecere în primăvara următoare. Și aici răsadurile s-au înverzit pe paturi. Cum vor fi florile? Se părea că rezultatul experimentului poate fi prezis fără greșeală. Ce urmași poate fi din încrucișarea unui câine negru cu un câine negru? Evident, un câine negru. Și din încrucișarea mazărelor cu flori roșii cu mazărea cu flori roșii? Evident, doar mazăre cu flori roșii. Dar când mugurii s-au deschis, Mendel a descoperit că un sfert dintre plante aveau corolele albe. Semnul de culoare albă, care părea să fi dispărut după prima traversare, a reapărut la „nepoți”. Ceea ce s-a întâmplat a fost ceea ce Mendel a numit pe bună dreptate împărțirea caracterelor.
Se dovedește că atunci când primordiile plantelor cu flori albe și cele roșii au fost combinate, factorii ereditari ai florilor albe nu au fost combinate. dizolvate, nu au dispărut, ci au fost doar temporar suprimate de factori dominanti puternici de petalitate roșie. Apariția unor astfel de hibrizi era înșelătoare. Natura hibridă a fost dezvăluită abia după a doua încrucișare. Când factorul de înflorire albă suprimat al unei plante hibride a întâlnit același factor suprimat al celei de-a doua plante hibride, urmașii lor au dezvoltat flori albe. În 1900, Hugh de Vries a numit tiparul de apariție la descendenții celei de-a doua generații de trăsături suprimate la hibrizii din prima generație a doua lege a lui Mendel sau legea despărțirii.
Când Mendel a analizat câți hibrizi din a doua generație apar trăsături dominante și recesive, a găsit în toate cazurile același model numeric ness. După ce a încrucișat mazărea cu semințe netede și încrețite, Mendel a primit 253 de semințe. Toate erau netede. După încrucișarea hibrizilor de semințe netede între ei, despărțirea a avut loc în generația următoare. S-au format 7324 semințe: 5474 netede și 1850 încrețite. Raportul dintre netede (trăsătură dominantă) și încrețită (trăsătură recesivă) a fost de 2,96: 1. Într-un alt experiment, în care s-a observat moștenirea culorii semințelor, din 8023 de semințe obținute după a doua încrucișare, 6022 au fost galbene, iar 2001 au fost verzi. . Raportul dintre galbeni și verzi a fost de 3,01: 1. Mendel a făcut calcule similare pentru toate cele șapte perechi de soiuri. Rezultatul a fost același peste tot. Împărțirea trăsăturilor dominante și recesive a fost în medie 3: 1. Mendel a înțeles că tiparul descoperit de el nu poate fi adevărat pentru o singură plantă, el s-a manifestat doar atunci când un număr mare de organisme au fost încrucișate.
Omul de știință nu s-a limitat la încrucișarea monohibridă, adică atunci când organismele diferă doar într-o singură trăsătură. Pe baza modelelor deschise, a calculat mai întâi, apoi a dovedit prin experiență, modul în care se produce în orice caz divizarea semnelor. Mendel și-a testat concluziile în experimente cu plante care diferă în două și apoi trei caractere. Acest lucru a fost suficient pentru a se asigura că formulele sale sunt corecte chiar și în cazuri mai complexe.
Așadar, Mendel a studiat mai întâi rezistența ereditară a soiurilor de mazăre, apoi a descoperit regula dominanței, apoi despărțirea, apoi a analizat modelele cantitative de împărțire pentru organisme care diferă în unul, două și trei caractere, în cele din urmă a dat formule pentru orice încrucișări. Complicându-și și complicându-și munca, a urcat pas cu pas în vârful teoriei sale – predicția principiilor structurii materialului genetic.
Și tocmai cu această predicție a fost înaintea științei contemporane cu aproape jumătate de secol. Pe vremea lui Mendel, nu se știa nimic despre purtătorii materiale ai eredității – gene, iar el le-a descris proprietățile în același mod în care astronomii au prezis existența unor planete încă nedescoperite. Mendel a raționat astfel: deoarece există dominanță și recesivitate, care se manifestă în timpul încrucișărilor, înseamnă că celulele germinale poartă factori ereditari, dintre care unul determină proprietatea de dominanță, celălalt – recesivitatea. Așa că a prezis existența unor factori, numiți mai târziu gene, dintre care fiecare este responsabil pentru proprietatea unei anumite trăsături.
Deoarece acești factori sexuali sunt combinați în celulele unui organism hibrid, atunci toate celulele sale poartă doi factori ai unei trăsături. În funcție de natura acestor factori, organismul va conține aceiași factori (astfel de organisme sunt numite homozigote) sau diferiți (un organism care este heterozigot pentru o anumită trăsătură). Acest lucru a explicat de ce, atunci când încrucișează organisme care sunt în exterior absolut asemănătoare între ele, indivizii apar brusc la urmași, în exterior spre deosebire de părinții lor direcți, dar asemănând cu un „bunic” sau „bunica”.
. ) În cele din urmă, Mendel face o sugestie care este pe bună dreptate considerată una dintre cele mai importante legi ale sale. El ajunge la concluzia că celulele germinale (gameții) poartă doar un depozit din fiecare trăsătură și sunt libere (pure) de alte depozite ale aceleiași trăsături. Această lege a fost numită „legea purității gameților.”
După opt ani de muncă, Mendel și-a raportat rezultatele. Lucrarea sa a fost publicată în revista Brünn Society of Naturalists. Această ediție provincială era puțin cunoscută în rândul oamenilor de știință, a fost publicată într-un tiraj redus și nu este de mirare că articolul lui Mendel nu a produs niciun efect în lumea științifică.
După 1868, Mendel a abandonat complet experimentele sale. În același timp, a început să orbească. Tensiunea inumană cu care cercetase și sorta zeci de mii de plante, flori, tulpini, frunze, semințe de mai bine de 10 ani a avut efect. În 1884, nefiind niciodată recunoscut, a murit marele om de știință ceh Gregor Johann Mendel.
Și 16 ani mai târziu, întreaga lume științifică a aflat despre descoperirile lui Mendel. Sute de oameni de știință din întreaga lume au început să-și continue cercetările; mai târziu, legile lui Mendel au fost explicate prin comportamentul cromozomilor. Deja astăzi, genele au fost studiate la nivel molecular și purtătorii materiale ai eredității, a căror existență a prezis Mendel, au început să fie studiate folosind metodele biologiei, fizicii, chimiei și matematicii.