Законы наследственности Г. Менделя

Краткая биография Грегора Менделя

Наиболее известным чешским ученым является Грегор Иоганн Мендель. Будущий естествоиспытатель родился в австрийской деревне в небогатой крестьянской семье, получив от крещения имя Иоганн.

Молодой человек начал проявлять интерес к природе с ранних лет. После того, как Мендель получил степень магистра философии, он некоторое время обучался в институте Ольмюца в философских классах. Он, 1842 году, постригся в монахи и принял новое имя — Грегор.

В своей биографии ученый пишет, что он учился в Брюннском богословском институте с 1844 по 1848 годы, после чего стал священником.

Будущий студент сам обучался различным наукам, а также самостоятельно их изучал. Он изучал естественную историю и в Венском университете.

Венский исследователь заинтересовался процессом гибридизации, а также статистикой соотношения гибридов. Большое внимание Мендель уделял вопросам изменения качественных признаков у растений. Как оказалось, в качестве объекта изучения был выбран горох — это растение легко выращивалось в монастыре.

Результаты этих исследований легли в основу известных законов Менделя.

Как только ученые начали экспериментировать с растениями других видов, они перенесли их на другие виды и насекомых – они выбрали растение семейства астровых, они связали разновидности ястребинки и пчел. Увы, но результаты оказались не такими же хорошими, как в случае с горохом. Но, как мы знаем сегодня, механизм наследования у этих растений и животных не такой, как у гороха.

За этим последовала разочарование Менделя в биологии. Он стал настоятелем монастыря и больше не занимался наукой. Его заслуги трудно переоценить: именно он находил и описывал статистические закономерности наследования признаков в гибридах.

Первый закон Менделя

Для облегчения учета результатов исследования Мендель взял растения, у которых были обнаружены признаки, отличающиеся по цвету и форме семян.

Ученый первым делом занялся получением семян «чистых линий» растений, которые при дальнейшем выращивании в семенах не давали расщепления признака.

В процессе скрещивания разных сортов гороха – с пурпурными и белыми цветками – первое поколение гибридов было представлено представителями растений с пурпурными и белыми цветками. При скрещивании гороха с желтыми и зелеными семенами, а также с семенами гладкой и морщинистой формы, был получен аналогичный результат.

В результате, полученные данные позволили Менделю сформулировать закон единообразия гибридов первого поколения — первый закон Менделя.

Второй закон Менделя

Второй закон Менделя предполагает, что в случае скрещивания двух гомозигот, принадлежащих к чистым линиям и/или имеющих одну пару альтернативных проявлений одного признака, первое поколение гибридом (F2) будет идентичным и/или будет нести проявление признака.

В соответствии с этим законом, первый закон Менделя был назван «законом доминирования признаков». В этом случае доминирующий признак получает проявление в фенотипе и подавляет рецессивный признак.

Следующее исследование показало, что при дальнейшем скрещивании гибридов первого поколения Менделя, у гибридов второго сорта будет наблюдаться расщепление признаков — а именно, с устойчивой регулярностью.

Согласно второму закону Менделя, при скрещивании двух гетерозиготных особей первого поколения между собой, можно наблюдать их расщепление во втором поколение. Данное расщепление имеет определенное числовое соотношении по фенотипу — 3:1, а по генотипу — 1:2:1.

Второй закон Менделя также называют «законом расщепления», и его суть заключается в том, что рецессивный признак при гибридизации второго поколения не теряется, а только подавляется с последующим проявлением в третьем гибридном поколении.

Третий закон Менделя

Первым опытом Менделя, который он предпринял, был эксперимент, в котором он использовал только одну пару альтернативных признаков. В этом случае ученому уже было интересно, что будет, если рассматривать сразу несколько признаков. В результате признаки начали смешиваться, что привело к растерянности в голове у ученого. Но детальное рассмотрение позволило ученому вывести некоторую закономерность расщепления.

Стало понятно, что гибриды второго поколения характеризуются однообразием, а в третьем поколении происходит расщепление признаков на фенотипе в пропорции 9:2:3:1. И в этом случае, независимо от другого признака. Поэтому третий закон Менделя получил название «закона независимого наследования».

Третий закон наследственности гласит, что при слиянии двух особей, отличающихся друг от друга по нескольким парам альтернативных признаков (двум и более) происходит независимое наследование генов и соответствующих им признаков.

Все законы Грегора Менделя положили начало новой науки — генетики. Именно из-за законов Менделя генетика стала популярной и быстро развивающейся наукой, а само слово гене́тика (от греч. γενητως — «порождающий, происходящий от кого-то») стало широко известным.

История, ученые и факты о возникновении генетики — как науки

Грегор Мендель в своей работе «Опыты над растительными гибридными организмами» 150 лет назад определил рождение новой науки – генетики. В ней были сформулированы законы, согласно которым любой признак определяется двумя факторами. Идея двоичного кодирования связана с влиянием школы знаменитого физика Христиана Доплера, который консультировался у Менделя в течении семи лет. Следуя логике Менделя, можно сделать вывод о том, что закономерности открытия были подтверждены интуитивными восприятиями высшего начала природы с рациональными принципами жившего в VI в. до н.э. Пифагора, который первым указывал и на духовную подоплеку природного бытия: мир создан числом, а число есть материальная, неощутимая реальность.

Все исследователи до Грегора Менделя, разрабатывающие проблему наследственности, прослеживали в рядах поколений судьбу признака, Мендель — для понимания механизма наследственности проследил в рядах поколений судьбу двух невидимых факторов детерминант, определяющих признак. У Менделя есть основания считать, что бинарная комбинаторная модель и математические вероятностные варианты появились у него в ходе длительных раздумий. И только в экспериментах с горохом, которые проводились Менделем, он подтверждал свои мысли о существовании конструкции, которая была бы создана из невидимых двоичных детерминаций наследственности. Эксперименты с использованием гороха были необходимы лишь для того, чтобы проверить это чисто умозрительное предположение. На основе статистической физики, Менделю удалось расшифровать процесс, происходящий в эксперименте на горохе: судьбу признака, определяют два невидимых фактора.

В истории мировой науки не так часто можно встретить случаи, когда одна статья порождает целую науку и открывает программу работ на многие годы вперед. Такая статья была написана чешским монахом Иоганном Грегором Менделем в (1822–1884) “Опыты над растительными гибридами”, заложившей 150 лет назад, в 1865 г. первый камень в знание о наследственности и определившей рождение новой науки — генетики!

Иоганн с детства работал на земле, и поэтому он привык к трудолюбию крестьян. А как пригодились ему в дальнейшем навыки, полученные в детстве! Когда Менделю было 11 лет, его перевели из сельской школы в четырехклассное училище города Опавы, а затем в гимназию в городке Опава. Не хватало денег на оплату учебы и содержание сына в семье родителей. В 1841 г. Иоганн закончил гимназию и одновременно школу кандидатов в преподаватели. Он утверждает, что это позволило ему жить в скромном достатке. Несмотря ни на что, Мендель продолжил учиться. Во время учебы во Венском Университете он посетил Рим (где выступал перед Папой) на научных съездах и экскурсиях. А в марте 1853 года молодой студент-медик обучался у известного венского профессора медицины и фармакологии Франца Унгера. На занятиях в лаборатории, помимо приготовления препаратов, проводились эксперименты с различными веществами. С точки зрения микроскопа, проблемы микроскопического плана профессора Унгера были связаны с тем, как развивается жизнь от примитивных существ до человека, а также с проблемой движущих сил эволюции, которые он попытался очертить в своих работах. В течение 8 лет (1856–1864 гг.) Мендель проводил свои знаменитые опыты на модельном объекте — посевном горохе и сформулировал законы, по которым всякий признак определяется двумя факторами.

Есть ли у Менделя предшественники? По мнению некоторых теоретиков, предшественники были. Далее, это умозрительные гипотезы об материальных основах наследственности – представление о «идиоплазме», которые выдвинул в 1860-х годах мюнхенским ботаником Карлом Неггелем. При всей несхожести, но в некоторых случаях принципиальной несовместимости эти двух гипотез их объединяла одна существеннейшая черта — желание отыскать материальные основы наследственной передачи в виде взаимодействия элементарных биологических единиц Карл Вильгельм фон Не́гели называл их мицеллами, Спенсер – физиологическими единицами, Дарвин – геммулами, крупинками. К. Не́гели полагал, что передача наследственных качеств осуществляется мицеллами (молекулярными структурами кристаллической формы), которые заключены в половых клетках идиоплазмы. Плазма соматических клеток («трофоплазма») не имеет, по мнению Не́гели, способности к наследственности, поэтому вызываемые в ней под действием внешней среды изменения оказываются ненаследственными. Идиоплазма может наследственно отвечать, как в результате доходящих до нее извне воздействий, так и самостоятельно, спонтанно, в силу внутренних причин.

Г. Спенсер выдвинул также, по сути дела, механо-ламаркизмические гипотезы «физиологических единиц», которые находятся как в соматических, так во зародышевых клетках и изменяются под действием внешней среды.

Согласно представлениям, Ч. Дарвина, особые саморазмножающиеся корпускулы наследственного вещества (геммулы) отделяясь всеми клетками организма, образовывают его наследственную основу, концентрируясь во воспроизводящих органах и подвергаясь изменению под воздействием среды. Догадки о закономерности наследственности появились уже в XVIII веке у первых гибридизаторов растений. Впервые в европейской литературе гибридологические эффекты описали немецким ботаником Йозефом Готфридом Кёльрейтером в опытах с скрещиванием китайской и махровой гвоздиками, а также разных сортов табака. Кёльрейтер наблюдал явления единообразного признака гибридов в первом поколении, появление родительских форм в последующих. Они показали, что при скрещивании или перекрестном опылении двух разных сортов гвоздики в первом поколении потомство четко приобретало признаки другого родителя – махровый цветок. Во втором поколение уже от само опылившихся гибридов, у части растений выявлялись признаки иного исходного сорта – китайской гвоздики. Это явление Кёльрейтер тщательно фиксировал: признаки исходных сортов не исчезают из потомства, они лишь по каким-то причинам то не проявляются, то проявляются как бы конкурируя друг с другом. Он неправильно понял это как возвращение к исходным родительским видам, считая их неизменными. Следуя за Кёльрейтером, доминирование признаков одного из родителей в первом поколению гибридов и выявление признаков второго родителя во втором и последующем поколений регистрировал английский селекционер Томас Эндрю Найт (Thomass Andrew Knight). Исследуя различные сорта гороха, Найт сделал важное открытие – он обнаружил неделимость мелких признаков в разных скрещиваниях. На основе анализа дискретности наследственного материала, выдвинутого ещё во времена античности и получившего впоследствии официальное признание, он сделал первые научные выводы. Еще до появления Менделя, в середине XIX в. французские ученые Огюстен Сажрэ и Жан-Батист Фавр скрестили разные сорта из семейства тыквенных с различными сортами из семейства пасленовых. Самым большим достижением Сажрэ, является обнаружение феномена доминантности. В случае скрещивания сортов овощных культур он часто наблюдал подавление признака одного родителем признаком другого. Это явление в максимальной степени проявится в первом поколении после скрещивания, а затем «подавленный» признак снова выявлялся у части потомков последующего поколения. Кроме того, в этом случае Сажрэ подтвердил тот факт, что элементарные генетические признаки при скрещивании не исчезают. Этот вывод сделал и Ш. Нодэн, но он пошел еще дальше – начав с количественного изучения комбинации наследственных задатков при скрещивании. Но на этом пути его ожидало разочарование. Неправильный методический прием – одновременное изучение нескольких признаков – привел к большой путанице с результатами, и он вынужден был отказаться от своего эксперимента. Как уже говорилось ранее, именно эти недостатки в экспериментах Нодэна были учтены Г. Менделем, прежде чем выбрать в качестве модели эксперимента – горох.