Открытия менделя. Биография грегора менделя Что открыл мендель в биологии

Б. Володин

ЧТО О НЕМ ЗНАЛИ, КОГДА ОН ЖИЛ

Он жил сто пятьдесят лет назад.
Он жил в чешском городе Брно, который тогда называли на немецкий лад Брюнном, потому что Чехия входила в состав тогдашней Австро-Венгерской империи.

Он и сейчас стоит там, учитель Мендель... Этот мраморный памятник в 1910 году был сооружен в Брно на средства ученых всего мира.

В брненской реальной школе, где он работал, было около тысячи учеников и двадцать учителей. Из этих двадцати учителей у тысячи мальчишек-"реалистов" одним из самых любимых был именно он - преподаватель физики и естествознания Грегор Мендель, "патер Грегор", то есть "отец Грегор".
Его называли так потому, что он, учитель Мендель, был еще и монахом. Монахом брненского монастыря святого Томаша.
О нем тогда знали, что он был сыном крестьянина, – даже много лет спустя после того, как он уехал из своей родной деревни Хинчице, в его речи сохранился чуть шепелявый говорок местности, где прошло его детство.
Знали, что он был очень способным и всегда блестяще учился – в сельской школе, потом в окружной школе, потом в гимназии. Но у родителей Менделя не было денег, чтобы дальше платить за его учение. И он никуда не мог поступить на службу, потому что был сыном простого крестьянина. Чтобы пробить себе дорогу, Иоганну Менделю (с рождения его звали Иоганном) пришлось поступить в монастырь и по церковному обычаю принять другое имя – Грегор.
Он поступил в монастырь святого Томаша и стал учиться в богословской школе. И там тоже, проявил блестящие способности и невероятное усердие. Он должен был стать доктором богословия – ему совсем немного оставалось до этого. Но экзаменов на степень доктора богословия патер Мендель не стал сдавать, потому что карьера богослова его не интересовала.
Он добился другого. Добился, чтоб его направили учителем в гимназию маленького города Зноймо, на юге Чехословакии.
В этой гимназии он стал преподавать не закон божий, а математику и греческий язык. Однако и это его не удовлетворяло. С юности у него была другая привязанность: он очень любил физику и естествознание и много времени тратил на их изучение.
Путь самоучки – тернистый путь. Через год после того, как он стал преподавать в Зноймо, Мендель попытался сдать экстерном экзамены на звание учителя физики и естествознания.
Он провалился на этих экзаменах, потому что, как у всякого самоучки, знания его были отрывочны.
И тогда Мендель добился еще одного: он добился, что монастырское начальство послало его в Вену, в университет.
В ту пору все преподавание в Австрии находилось в руках церкви. Церковному начальству было важно, чтобы монахи-учителя обладали необходимыми знаниями. Потому-то Менделя и послали в университет.
Он проучился в Вене два года. И все эти два года он посещал занятия только по физике, по математике и по естественным дисциплинам.
Он снова проявил себя удивительно способным – его даже взяли на работу помощником ассистента на кафедру знаменитого физика-экспериментатора Христиана Допплера, открывшего важный физический эффект, названный в его честь "Допплер-эффектом".
И еще Мендель работал в лаборатории замечательного австрийского биолога Коллара.
Он прошел настоящую научную школу. Он мечтал заниматься научными исследованиями, но ему приказали вернуться в монастырь святого Томаша.
Ничего нельзя было поделать. Он был монахом и должен был подчиняться монастырской дисциплине. Мендель вернулся в Брно, стал жить в монастыре и преподавать экспериментальную физику и естествознание в реальной школе.
Он был одним из самых любимых учителей этой школы: во-первых, потому, что очень хорошо знал предметы, которые преподавал, и еще потому, что он умел удивительно интересно и просто объяснять самые сложные физические и биологические законы. Он объяснял их, иллюстрируя свои объяснения опытами. Он был монахом, но, говоря ученикам о явлениях природы, никогда не ссылался на бога, божью волю и сверхъестественные силы. Явления природы монах Мендель объяснял как материалист.
Он был человеком веселым и добрым.
В монастыре монах Грегор занимал тогда должность "патера кюхенмайстера" – главного над кухней. Помня о своей голодной юности, он приглашал к себе в гости учеников победней и подкармливал их.
Но ученики любили бывать у него совсем не потому, что учитель угощал их чем-то вкусным. Мендель выращивал в монастырском саду редкие для тех мест фруктовые деревья и красивые цветы – было чему подивиться.
Еще учитель изо дня в день вел наблюдения за погодой и за изменениями на Солнце – это тоже было интересно. Один из его учеников стал потом профессором метеорологии и писал в воспоминаниях, что любовь к этой науке привил ему учитель Мендель.
Ученики знали, что в углу сада под самыми окнами одного из монастырских зданий отгорожен маленький участок – всего тридцать пять на семь метров. На том участке учитель Мендель выращивал совсем неинтересное: обычный горох разных сортов. Этому гороху учитель уделял, право же, слишком много труда и внимания. Что-то он с ним делал... Кажется, скрещивал... Об этом он не рассказывал ученикам ничего.

СЛАВА НЕ ТОРОПИТСЯ

Он умер, и довольно скоро жители Брно стали забывать о том, что в их городе жил человек по имени Грегор Мендель. Только ученики его помнили – патер Грегор был хорошим учителем.
И вдруг шестнадцать лет спустя после его смерти, в 1900 году, к Менделю пришла слава. О нем заговорил весь мир.
Было так.
В 1900 году трое ученых, исследовавших явления наследственности, вывели из своих опытов законы, по которым при скрещивании разных растений и животных признаки передаются по наследству потомству. И когда эти ученые, независимо один от другого, стали готовить для печати свои труды, то, просматривая литературу, каждый из них неожиданно узнал, что эти законы уже открыты учителем из города Брно Грегором Менделем. Открыты в тех опытах с горохом, который рос на крохотном участке в углу монастырского сада.
Учитель ничего не рассказывал мальчишкам из реальной школы, но в Брно существовало общество любителей природы. На одном из заседаний общества Грегор Мендель сделал доклад "Опыты над растительными гибридами". Он рассказал в нем о работе, на которую ушло целых восемь лет.
Конспект доклада Менделя был напечатан в журнале и разослан в сто двадцать библиотек разных городов Европы.
Почему же только через шестнадцать лет ученые обратили внимание на эту работу?
Может быть, никто прежде не открывал журнала? Не читал доклада?
Почему слава великого ученого так не торопилась прийти к Менделю?
Сначала нужно узнать, что же именно он открыл.

О ЧЕМ ПОВЕДАЛ САДОВЫЙ ГОРОХ

Дети похожи на пап и мам. Одни – больше на пап. Другие – больше на мам. Третьи – и на папу и на маму, или на бабушку, или на дедушку. Дети животных тоже похожи на родителей. Дети-растения – тоже.
Все это люди заметили очень давно.
Очень давно ученые знали о существовании наследственности.
Но науке мало знать, что признаки родителей передаются по наследству их потомкам. Она обязана ответить на самые каверзные вопросы: "Почему это происходит?", "Как происходит?"


Законы Менделя открыты на горохе, но их можно видеть на многих растениях. Скрещивали два вида крапивы. Посмотри, как выглядят листья у родителей, принадлежавших к разным видам, у их детей – гибридов крапивы – и внуков.

Многие ученые ломали голову над загадкой наследственности. Пришлось бы очень долго пересказать, какие были у них предположения, как блуждали исследователи разных времен, пытаясь понять суть сложного явления.
Но вот за сто лет до Менделя петербургский ботаник академик Кельрейтер стал скрещивать два разных сорта гвоздики. Он заметил, что у первого поколения гвоздик, выращенного из семян, полученных при скрещивании, одни признаки, например, окраска цветов, такие, как были у растения-отца, другие, например, махровые цветы, как у растения-матери. Смешанных признаков не бывает. Но самое интересное: у второго поколения – у части потомков гибридов – распускались не махровые цветы – появлялись признаки растения-дедушки или растения-бабушки, которых у родителей не было.
Такие же опыты проводили на протяжении ста лет многие исследователи – французы, англичане, немцы, чехи. Все они подтверждали, что у первого поколения растений-гибридов господствует признак одного из родителей, а участи растений-внуков проявляется признак бабушки или дедушки, у их родителя "отступивший".
Ученые пытались выяснить, по каким же законам признаки "отступают" и проявляются вновь. Они выращивали на опытных участках сотни растений-гибридов, описывали, как передаются потомству признаки – все сразу: форма цветов и листьев, величина стебля, расположение листьев и цветов, форма и окраска семян и так далее, – но никаких четких закономерностей вывести им не удавалось.
В 1856 году за работу взялся Мендель.


Вот что увидел Мендель в первом, втором и третьем, поколении гибридов гороха. Он получил их, скрещивая растения с красными цветами и растения с белыми цветами.

Для своих опытов Мендель выбрал разные сорта гороха. И решил следить за передачей не всех сразу, а лишь одной пары признаков.
Подобрал по нескольку пар растений с противоположными признаками, например, горох с желтыми и горох с зелеными зернами, с красными и белыми цветами.
Он обрывал на несозревших цветах гороха пыльники, чтобы растения не опылялись сами, а затем наносил на пестики растений с желтыми зернами пыльцу растений с зелеными зернами и на пестики растений с зелеными зернами – пыльцу растений с желтыми.
Что получилось? Потомки всех растений принесли желтые зерна. Признак одного из родителей господствовал у них у всех.


На этом рисунке хорошо видно, что разные признаки (окраска и морщинистость горошка), передаваемые потомству, друг с другом не связаны.

На следующий год Мендель дал этим растениям возможность опылиться собственной пыльцой и, чтобы в опыте не произошло никакой случайности, накрыл цветы бумажными колпачками-изоляторами. Ведь может же быть так, что жуки занесут чужую пыльцу на пестик?.. Изоляторы охраняли цветы от этого. Когда в стручках созрели зерна, оказалось, что три четверти этих зерен – желтые, а одна четверть – зеленые, такие, как были не у родителей, а у бабушки или дедушки.
На следующий год Мендель снова посеял эти зерна. И снова оказалось, что в стручках гибридных растений, выращенных из желтых зерен, три четверти зерен имеют желтую окраску, а четверть – зеленую, такую, какая была уже не у растений – бабушки и дедушки, а у прабабушки или прадедушки. И с окраской зерен и с их формой, и с окраской цветов и расположением их на стебле, и с длиной стебля, и с другими признаками происходило одно и то же. Каждый признак передавался потомству, строго подчиняясь одним и тем же правилам. И передача одного признака не зависела от передачи другого.
Вот и все, что показали опыты. Как видите, Мендель на большом количестве растений проследил то, что было известно и раньше.
Однако он сделал больше своих предшественников: он объяснил увиденное.

КЕМ ЖЕ ОН БЫЛ?

Он был учителем: давал в школе уроки, ходил с учениками на экскурсии, собирал растения для гербариев.
Он был монахом: ведал монастырской кухней, а потом и всем монастырским хозяйством.

Таким он был в годы, когда работал над открытием законов наследственности.

Но, сидя вечерами за письменным столом, устланным листочками с записями наблюдений, учитель Мендель становился кибернетиком. Да, да, теперь есть такая область науки – кибернетика, изучающая, как управляются, как регулируются процессы, происходящие в природе.
В кибернетике существует группа задач, условно называемых "задачами черного ящика". Смысл их таков: некие сигналы поступают в прибор неизвестной конструкции. В приборе – в "черном ящике" – они перерабатываются и выходят в измененном виде.
Известно, какие сигналы поступали и как они изменились.
Нужно выяснить, как устроен прибор.
Именно такую задачу и предстояло решить учителю из Брно.
Менделю было известно, какими признаками обладали растения-родители. Ему стало известно, как эти признаки передавались потомкам, как одни из них господствовали, а другие то отступали, то появлялись вновь.
Он знал еще одно: признаки передавались через пыльцу и яйцеклетки, из которых развивались семена растений. Ни пыльца, ни яйцеклетки не имели – как ни рассматривай их в микроскоп – ни стеблей, ни цветов, но из них получались совсем непохожие желтые или зеленые зерна – семена. Из семян вырастали похожие на них стебли, затем распускались цветы тон или иной окраски.
И Мендель – впервые в истории науки – понял, что от растений-родителей растениям-детям через пыльцу и яйцеклетки передаются не сами признаки, не окраска и форма цветов и семян, а нечто другое – невидимые глазу частицы, благодаря которым эти признаки появляются. Он назвал эти частицы наследственными задатками.
Он понял, что любое из растений-родителей передает своему потомку по одному задатку каждого признака. Эти задатки не сливаются, не образуют новых задатков. Эти задатки "равноправны": может проявиться один, и может проявиться другой.
Задатки не исчезают. Если в первом поколении проявился один задаток, то у части растений второго поколения может проявиться другой. Более того: даже у части потомков растений второго поколения и у потомков их потомков тоже проявляются задатки, унаследованные от растения-прадеда.
Но тут возникает еще одни вопрос. Если задатки никуда не исчезают, значит, у каждого следующего поколения, казалось бы, должно накапливаться по множеству задатков одного и того же признака, полученного от отцов, матерей, дедушек, бабушек, прадедушек и прабабушек. А поскольку эти задатки материальны, это значит, что половые клетки, клетки пыльцы растений и яйцеклетки из поколения в поколение должны были бы увеличиваться в размере, если бы в них в геометрической прогрессии все время увеличивалось количество задатков.
Ничего подобного не происходило...
И тогда, чтобы объяснить это, Мендель предположил, что каждая половая клетка несет всегда только по одному задатку каждого признака, а при оплодотворении яйца, при формировании клетки, из которой разовьется зародыш, в ней оказываются два задатка.
А когда формируется новая половая клетка, то эти задатки, видимо, расходятся, и в каждой половой клетке снова оказывается только один.
И Мендель на основе своих опытов доказал еще, что задаток одного признака передается независимо от задатка другого признака. Ведь зерна растений гороха могут иметь окраску, какая была у растения-дедушки, например, желтую, а форму – какая была у растения-бабушки.
Все это Мендель доказал математическим путем, Все его доказательства были очень точными, таких задач в ту пору никто не умел решать. А поэтому его предположения показались современникам фантастикой.
...Мендель сделал доклад в обществе естествоиспытателей города Брно.
Журнал с его докладом вышел в свет и попал в сто двадцать библиотек университетов разных городов Европы.
Он был прочитан, видимо, многими серьезными естествоиспытателями. Но в ту пору биологи не имели точных знаний о том, как происходит деление клеток, из каких удивительных событий состоит этот процесс.
И работа Менделя была никем не понята. Работа Менделя была забыта...

Шли годы. В конце 70-х годов XIX века биологи научились окрашивать клеточные ядра.
И тогда было обнаружено, что перед делением клеток в ядрах выявляются особые тельца – "хромосомы" (по-гречески это слово означает "окрашивающиеся тельца"). Наблюдая над развитием оплодотворенной клетки, биологи предположили, что хромосомы имеют отношение к передаче наследственных признаков.
А в 1900 году другими учеными были заново открыты законы Менделя. Потом были снова прочитаны его работы. И оказалось, что, не видя того, что происходит в ядрах клеток, Мендель создал теорию передачи наследственных задатков. Так сто лет назад учитель физики и биологии из чешского города Брно положил начало новой науке – генетике, науке о наследственности.
Генетика – наука очень важная. Она распознает, как происходят наследственные изменения животных и растений. А ведь только зная суть таких сложных процессов, можно выводить новые породы животных и новые сорта растений, предупреждать многие наследственные болезни у людей.
За долгие годы в науке о наследственности было много событий. В ней возникало немало теорий, и немало теорий было в ней опровергнуто. Но то, что понял скромный и гениальный брненский учитель, осталось незыблемым.

Честь открытия количественных закономерностей, сопровождающих формирование гибридов, принадлежит чешскому монаху, ботанику-любителю Иоганну Грегору Менделю (1822-1884). В его работах, выполнявшихся с 1856 по 1863 гг. были раскрыты основы законов наследственности. В 1865 г. он отсылает в общество естествоиспытателей статью под названием «Опыты над растительными гибридами».

Г.Мендель впервые четко сформулировал понятие дискретного наследственного задатка («ген» - 1903 г., Иогансен). Фундаментальный закон Менделя – закон чистоты гамет.

1902 г. – У.Бэтсон формулирует положение о том, что одинаковые задатки – гомозиготные, разные – гетерозиготные.

Но! Экспериментальные исследования и теоретический анализ результатов скрещиваний, выполненные Менделем, опередили развитие науки более чем на четверть века.

О материальных носителях наследственности, механизмах хранения и передачи генетической информации и внутреннем содержании процесса оплодотворения тогда почти ничего еще не было известно. Даже умозрительные гипотезы о природе наследственности (Ч.Дарвин и др.) были сформулированы позже.

Этим объясняется то, что работа Г.Менделя не получила в свое время никакого признания и осталась неизвестной вплоть до переоткрытия законов Менделя.

В 1900 г. – независимо друг от друга три ботаника –

К. Корренс (Германия) (кукуруза)

Г.де Фриз (Голландия) (мак, дурман)

Э.Чермак (Австрия) (горох)

Обнаружили в своих опытах открытые ранее Менделем закономерности, и, натолкнувшись на его работу, вновь опубликовали ее в 1901 г.

Был установлен (1902 г.) факт, что именно хромосомы несут наследственную информацию (В. Сэттон, Т.Бовери). Это положило начало новому направлению генетики – хромосомной теории наследственности. В 1906 г. У.Бэтсон вводит понятия «генетика», «генотип», «фенотип».

Обоснование хромосомной теории наследственности

В 1901 г. Томас Гент (Хант) Морган (1866-1945) впервые стал проводить опыты на животных моделях – объектом его исследований стала плодовая мушка – Drosophila melanogaster . Особенности мушки:

Неприхотливость (разведение на питательных средах при температуре 21-25С)

Плодовитость (за 1 год – 30 поколений; одна самка – 1000 особей; цикл развития – 12 суток: через 20 ч-яйцо, 4 дня – личинка, еще 4 дня – куколка);

Половой диморфизм: самки крупнее, брюшко заостренное; самцы мельче, брюшко округлое, последний сегмент – черный)

Большой спектр признаков

Маленькие размеры (ок.3 мм.)

1910 Г. – т. Морган - Хромосомная теория наследственности:

Наследственность обладает дискретной природой. Ген – единица наследственности и жизни.

Хромосомы сохраняют структурную и генетическую индивидуальность в течение всего онтогенеза.

В R! Гомологичные хромосомы попарно конъюгируют, а затем расходятся, попадая в разные зародышевые клетки.

В возникших из зиготы соматических клетках набор хромосом состоит из 2-х гомологичных групп (жен., муж.).

Каждая хромосома играет специфическую роль. Гены расположены линейно и образуют одну группу сцепления.

1911 г. – закон сцепленного наследования признаков (генов) (гены, локализованные в одной хромосоме, наследуются сцеплено).

Таким образом, в развитии генетики выделяется два важных этапа:

1 – открытия Менделя, базирующиеся на гибридологических исследованиях – установление количественных закономерностей в расщеплении признаков при скрещивании.

2 – доказательство того, что носителями наследственных факторов являются хромосомы. Морган сформулировал и экспериментально доказал положение о сцеплении генов в хромосомах.

Двадцатый век для биологии начался с сенсационного открытия. Одновременно три ботаника - голландец Гуго де Фриз, немец К. Корренс и австриец К. Чермак - сообщили, что еще 35 лет назад никому не известный чешский ученый Грегор Иоганн Мендель (1822-1884) открыл основные законы наследования отдельных признаков. 1900-й год, год вторичного открытия законов Менделя, принято теперь считать годом рождения науки о наследственности - генетики.

Внешне жизнь Менделя была тихой и малоприметной. Он родился в семье крестьянина-садовода. Мальчик страстно стремился к знаниям. У родителей не было средств на образование сына. Ценой больших усилий и лишений Иоганн окончил гимназию, но университет был для него недоступен.

Двадцатилетним юношей Мендель переступил порог августинского монастыря в тихом богемском городке Брюнне (теперь г. Брно в Чехословакии). Можно было считать, что судьба его определилась: вместе с саном послушника он получил новое имя - Грегор и начал изучать священное писание. Прошло четыре года, и Мендель стал священником. Но вместо того, чтобы читать проповеди, причащать и исповедовать, он покинул святую обитель. Естествознание, точные науки влекли его по-прежнему. На средства монастыря Мендель едет в Вену и пытается поступить в университет, чтобы основательно изучить физику и математику. Потерпев неудачу, он возвращается в Брюнн.

Здесь священник Мендель начинает преподавать в реальном училище физику, математику и другие естественные науки и выкраивает в монастырском саду крохотный участок земли, чтобы начать опыты, которым было суждено прославить его имя на века.

В 1865 г. он опубликовал результаты своих работ, заложив научные основы генетики. Основная цель, которую преследовал Мендель, - узнать законы, определяющие развитие потомков от скрещивания родителей, различавшихся своими наследственными признаками. Все признаки, которыми характеризовались и отцовский и материнский организмы, были заложены в их половых клетках, и организм, образовавшийся из слившихся половых клеток (материнской яйцеклетки и отцовского сперматозоида), должен был нести признаки и отца и матери.

Но как, по каким законам комбинируются эти признаки у потомков, предшественникам Менделя не удалось выяснить. Ошибка этих ученых заключалась в том, что они пытались в одном скрещивании проследить за судьбой многих признаков, да при этом еще плохо подбирали пары для скрещивания, и все безнадежно запутывалось. Нужно было упростить задачу, не пытаться разрешить все проблемы сразу, но это-то и оказалось самым трудным.

Менделю помогла его склонность к точным наукам. Первое, на что он обратил внимание,- это число признаков, за которыми нужно следить. Важно было так подобрать пары для скрещивания, чтобы скрещиваемые организмы не отличались друг от друга ничем, кроме одного признака. Решив уравнение первой степени, можно перейти и к более сложным задачам. Как ни проста эта мысль Менделя, она была большим шагом вперед.

Но какие организмы взять для скрещивания? Мендель и здесь решил идти по пути максимального упрощения задачи. Он остановил свое внимание на растениях, причем на тех, которые опыляются собственной пыльцой. На перекрестноопыляющиеся растения ветер может случайно занести пыльцу с какого-нибудь другого растения, и тогда весь опыт пойдет насмарку. Из самоопылителей он выбрал горох.

Мендель перебрал 34 сорта гороха и оставил для опытов только 7 пар сортов. Сорта каждой пары различались лишь одним признаком. У одного сорта семена были гладкими, у другого - морщинистыми; стебель одного сорта был высокий, до 2 м, у другого еле-еле достигал 60 см; окраска венчика цветка у гороха одного сорта была пурпурной, у другого - белой.

В течение трех лет Мендель аккуратно высевал отобранные растения и убедился, что это чистые сорта, свободные от примесей. Затем Мендель приступил к скрещиваниям. У растения с пурпурным венчиком цветка он удалил тычинки с пыльниками и перенес на рыльце пестика пыльцу от растения с белыми цветками. Прошел положенный срок, растение завязало плоды, и осенью в руках ученого были семена гибрида. Когда весной Мендель высеял семена гибрида в почву и дождался распускания бутонов, он обнаружил, что все цветки гибридных растений имели такую же пурпурную окраску, как и один из родителей (материнское растение).

Что же произошло? Может быть, пыльца белоцветкового растения оказалась недейственной? Но в таком случае никаких плодов не образовалось бы, ведь собственная пыльца материнского растения была удалена еще в тычинках. Может, опыту помешала посторонняя пыльца, занесенная случайно с красноцветкового растения? Но горох - строгий самоопылитель, и возможность заноса чужой пыльцы исключена. Но самое главное - в других скрещиваниях (сортов, различавшихся другими признаками) Мендель получил принципиально тот же результат. Во всех случаях у потомков первого скрещивания проявлялся признак только одного из родителей. Один из признаков оказался настолько сильным, что полностью подавил проявление другого признака. Мендель назвал его доминантным. Непроявившийся, слабый признак получил название «рецессивный». Так Мендель открыл первое правило, или закон, наследственности: в гибридах первого поколения не происходит никакого взаимного растворения признаков, а наблюдается преобладание, доминирование одного (сильного) признака над другим (слабым) признаком.

В то же лето Мендель провел вторую часть опыта. На этот раз он скрестил между собой пурпурно-красных братьев и сестер, полученных после первой гибридизации. Полученные от нового скрещивания семена он высеял следующей весной. И вот на грядках зазеленели всходы. Какими будут цветки? Казалось, что исход опыта можно угадать безошибочно. Какое потомство может быть от скрещивания черной собаки с черной собакой? Очевидно, черная собака. А от скрещивания красноцветкового гороха с красноцветковым горохом? Очевидно, только горох с красными цветками. Но когда распустились бутоны, Мендель обнаружил, что у четверти растений окраска венчиков была белой. Признак белой окраски, казалось, исчезнувший после первого скрещивания, вновь появился у «внуков». Произошло то, что Мендель метко назвал расщеплением признаков.

Оказывается, при соединении зачатков белоцветкового и красноцветкового растений наследственные факторы белых цветков не растворялись, не исчезали, а лишь временно подавлялись сильными доминантными факторами краснолепестковости. Внешний вид таких гибридов был обманчив. Гибридная природа выявлялась только после второго скрещивания. Когда подавленный фактор белоцветковости одного гибридного растения встречался с таким же подавленным фактором второго гибридного растения, у их потомков развивались белые цветки. Закономерность появления у потомков второго поколения признаков, подавленных в гибридах первого поколения, Гуго де Фриз назвал в 1900 г. вторым законом Менделя или законом расщепления.

Когда Мендель проанализировал, у какого количества гибридов второго поколения появляются признаки доминантные и рецессивные, он обнаружил во всех случаях одну и ту же численную закономерность. После скрещивания гороха с гладкими и морщинистыми семенами Мендель получил 253 семени. Все они были гладкими. После скрещивания гладкосеменных гибридов между собой произошло в следующем поколении расщепление. Образовалось 7324 семени: 5474 гладких и 1850 морщинистых. Отношение гладких (доминантный признак) к морщинистым (рецессивный признак) равнялось 2,96: 1. В другом опыте, где наблюдалось наследование окраски семян, из 8023 семян, полученных после второго скрещивания, 6022 оказались желтыми, а 2001 - зелеными. Отношение желтых к зеленым равнялось 3,01: 1. Мендель сделал подобные расчеты для всех семи пар сортов. Результат был везде один и тот же. Расщепление доминантных и рецессивных признаков равнялось в среднем 3: 1. Мендель понимал, что обнаруженная им закономерность не может быть справедливой для отдельно взятого растения, она проявляется только при скрещивании большого числа организмов.

Ученый не ограничился моногибридным скрещиванием, т. е. таким, когда организмы различались только одним признаком. Основываясь на открытых закономерностях, он сначала рассчитал, а затем доказал на опыте, как происходит расщепление признаков в любых случаях. Мендель проверил свои выводы в опытах с растениями, различавшимися двумя, а затем и тремя признаками. Этого было достаточно, чтобы убедиться, что и в более сложных случаях его формулы верны.

Итак, Мендель сначала изучил наследственную устойчивость сортов гороха, затем обнаружил правило доминирования, позже расщепления, после этого проанализировал количественные закономерности расщепления для организмов, различавшихся одним, двумя и тремя признаками, наконец, дал формулы для любых скрещиваний. Все усложняя и усложняя свою работу, он поднимался ступенька за ступенькой к вершине своей теории - предсказанию принципов устройства генетического материала.

И именно этим предсказанием он опередил современную ему науку почти на полстолетия. Во времена Менделя ничего не было известно о материальных носителях наследственности - генах, а он описал их свойства подобно тому, как астрономы предсказывали существование еще никем не обнаруженных планет. Мендель рассуждал так: раз существует доминантность и рецессивность, проявляющаяся при скрещиваниях, - значит, половые клетки несут наследственные факторы, из которых один определяет свойство доминантности, другой - рецессивности. Так он предсказал существование факторов, позднее названных генами, каждый из которых отвечает за свойство определенного признака.

Раз эти половые факторы сочетаются в клетках гибридного организма, то все его клетки несут по два фактора одного признака. В зависимости от природы этих факторов организм будет содержать одинаковые факторы (такие организмы стали называть гомозиготными) или разные факторы (организм, гетерозиготный по данному признаку). Это и объясняло, почему при скрещивании организмов, внешне абсолютно похожих друг на друга, в потомстве вдруг появляются особи, внешне непохожие на своих прямых родителей, а напоминающие «деда» или «бабушку».

И наконец, Мендель высказывает предположение, которое по праву считают одним из самых важных его законов. Он приходит к мысли, что половые клетки, (гаметы) несут только по одному задатку каждого из признаков и свободны (чисты) от других задатков этого же признака. Этот закон получил название «закон чистоты гамет».

После восьмилетнего труда Мендель сообщил о своих результатах. Его работа была опубликована в журнале Брюннского общества естествоиспытателей. Это провинциальное издание было мало известно среди ученых, издавалось оно небольшим тиражом, и не мудрено, что никакого эффекта в ученом мире статья Менделя не произвела.

После 1868 г. Мендель полностью оставил свои опыты. В это же время он начал слепнуть. Сказалось нечеловеческое напряжение, с каким он на протяжении более 10 лет разглядывал и сортировал десятки тысяч растений, цветков, стеблей, листьев, семян. В 1884 г., так и не получив признания, великий чешский ученый Грегор Иоганн Мендель скончался.

А спустя 16 лет весь научный мир узнал об открытиях Менделя. Сотни ученых во всем мире стали продолжать его исследования; позже законы Менделя удалось объяснить поведением хромосом. Уже в наши дни гены были изучены на молекулярном уровне и материальные носители наследственности, существование которых предсказал Мендель, стали изучать с помощью методов биологии, физики, химии и математики.

(1822-1884) австрийский естествоиспытатель, основоположник учения о наследственности

Родился Грегор Иоганн Мендель 22 июля 1822 г. в деревушке Хинчицы на территории современной Чехии в семье крестьянина. Отец привил ему любовь к работе в саду, и эту любовь Иоганн сохранил на всю жизнь.

Будущий ученый рос смышленым и любознательным мальчиком. Учитель начальной школы, заметив незаурядные способности своего ученика, нередко говорил его отцу о том, что Иоганн должен продолжить учебу.

Однако семья Менделя жила бедно, и поэтому нелегко было отказаться от помощи Иоганна. К тому же мальчик, помогая отцу вести хозяйство, рано научился ухаживать за фруктовыми деревьями, растениями, а кроме того, прекрасно разбирался в цветах. И все же отец хотел дать сыну образование. И одиннадцатилетний Иоганн, оставив дом, продолжил учебу сначала в школе в Липнике, а затем в гимназии в Опаве. Но несчастья, казалось, преследовали семью Менделей. Прошло четыре года, и родители Иоганна не смогли больше оплачивать расходы по образованию сына. Он вынужден был сам зарабатывать себе на жизнь, давая частные уроки. Однако учебу Иоганн Мендель не бросил. В его выпускном аттестате, полученном в 1840 г. по окончании гимназии, почти по всем предметам стояло «отлично». Мендель поступает учиться в Оломоуцкий университет, закончить который ему не удалось, так как у семьи не хватало средств не только на оплату обучения сына, но и на жизнь. И Мендель соглашается с предложением преподавателя математики постричься в монахи монастыря в городе Брно.

В 1843 г. Мендель постригся в монахи и в августинском монастыре Брно получил новое имя - Грегор. Став монахом, Мендель наконец-то был избавлен от нужды и постоянной заботы о куске хлеба. Кроме того, у молодого человека появилась возможность заниматься естественными науками. В 1851 г. по разрешению настоятеля монастыря Мендель переезжает в Вену и начинает изучать в университете естественные науки, большую часть времени посвящая физике и математике. Но получить диплом ему все-таки не удалось. Еще при поступлении в монастырь он получил небольшой участок земли, на котором занимался ботаникой, селекцией и проводил свои знаменитые опыты по гибридизации сортов гороха. Мендель вывел несколько сортов овощей и цветов, например фуксию, которая была широко известна среди садоводов того времени.

Опыты по скрещиванию сортов гороха он провел в период 1856-1863 гг. Они начались до появления книги Ч. Дарвина «Происхождение видов» и закончились через 4 года после ее появления. Мендель внимательно изучал этот труд.

Обдуманно, с полным пониманием поставленной задачи, он избрал объектом своих опытов горох. Это растение, являясь самоопылителем, во-первых, представлено целым рядом чистолинейных сортов; во-вторых, цветки защищены от проникновения чужой пыльцы, что позволило строго контролировать процессы размножения; в-третьих, гибриды, получившиеся от скрещивания сортов гороха, вполне плодовиты, а это позволило проследить за ходом наследования признаков в ряду поколений. Добиваясь максимальной ясности опытов, Мендель избрал для анализа семь пар четко различающихся признаков. Эти различия были таковы: гладкие круглые или морщинистые и неправильной формы семена, красная или белая окраска цветка, высокое или низкое растение, форма стручков выпуклая или перешнурованная но зернам и т. д.

С настойчивостью и добросовестностью, которым могут позавидовать многие исследователи, в течение восьми лет Мендель высевал горох, ухаживал за ним, переносил пыльцу с цветка на цветок и, самое главное, постоянно подсчитывал, сколько же получается красных и белых цветков, круглых и продолговатых, желтых и зеленых горошин.

Изучение гибридов выявило вполне определенную закономерность. Оказалось, что в гибридах из пары контрастирующих признаков проявляется только один, независимо от того, идет ли данный признак от матери или от отца. Мендель обозначает их как доминантные. Кроме того, он открыл и промежуточные проявления свойств. Так, например, скрещивание красноцветкового гороха с белоцветковым давало гибриды с розовыми цветками. Однако промежуточное проявление ничего не меняет в законах расщепления. Исследуя потомство гибридов, Мендель установил, что наряду с доминантными признаками, у части растений проявлялись признаки другого исходного родителя, которые в гибридах не исчезают, а переходят в скрытое состояние. Такие признаки он назвал рецессивными. Идея о рецессивности наследственных свойств и сам термин «рецессивность», так же как и термин «доминантность», навсегда вошли в генетику.

Рассмотрев каждый признак в отдельности, ученый сумел точно подсчитать, какая часть потомков получит, например, гладкие семена, а какая - морщинистые, и установил числовое соотношение по каждому признаку. Он дал классический пример роли математики в биологии. Числовое соотношение, полученное ученым, оказалось довольно неожиданным. На каждое растение с белыми цветками приходилось по три растения с красными. При этом красная или белая окраска цветков, например, никак не влияла на цвет плода, высоту стебля и т. д. Каждый признак наследуется растением независимо от другого.

Выводы, к которым пришел Мендель, намного опережали его век. Он не знал, что наследственность сосредоточена в ядрах клеток, а вернее - в хромосомах клеток. Тогда еще не существовало и термина «хромосома». Он не знал, что такое ген. Однако пустоты в знаниях о наследственности не помешали ученому дать им блестящее объяснение. 8 февраля 1865 г. на заседании общества естествоиспытателей в Брно ученый выступил с докладом о гибридизации растений. Доклад был встречен недоуменным молчанием. Слушатели не задали ни одного вопроса, казалось, они ничего не поняли в этой премудрой математике.

В соответствии с существовавшими тогда порядками, отчет Менделя был переслан в Вену, Рим, Петербург, Краков и другие города. Никто не обратил на него внимания. Смесь математики с ботаникой противоречила всем бытовавшим тогда понятиям. Конечно, Мендель понимал, что его открытие идет вразрез со взглядами других ученых на наследственность, господствовавшими в то время. Но имелась еще одна причина, отодвинувшая его открытие на второй план. Дело в том, что в эти годы эволюционная теория Ч. Дарвина совершала свое победоносное шествие по миру. И ученым было не до причуд горохового потомства и педантичной алгебры австрийского естествоиспытателя.

Вскоре Мендель оставил свои исследования гороха. Известный биолог Нэгели посоветовал ему заняться опытами с растением ястребинкой. Эти опыты давали странные и неожиданные результаты. Тщетно бился Мендель над крошечными желтоватыми и красноватыми цветками. Подтвердить результаты, полученные на горохе, ему не удалось. Коварство ястребинки заключалось в том, что развитие ее семян происходило без оплодотворения, а этого не знали ни Г. Мендель, ни Нэгели.

Даже в горячую пору увлечения опытами с горохом и ястребинкой он не забывал о своих монашеских и мирских делах. На этом поприще его настойчивость и упорство были вознаграждены. В 1868 г. Менделя выбирают на высокий пост настоятеля монастыря, который он занимал до конца жизни. И хотя выдающийся ученый прожил нелегкую жизнь, он с благодарностью признавал, что радостных и светлых минут в ней было намного больше. По его словам, научная работа, которой он занимался, принесла ему огромное удовлетворение. Он был убежден, что в скором будущем ее признают во всем мире. Так оно и случилось, правда, уже после его смерти.

Грегор Иоганн Мендель умер 6 января 1884 г. В некрологе среди многочисленных званий и заслуг ученого не было упоминания о том, что он является открывателем закона наследственности.

Мендель не ошибся в своем пророчестве, сделанном перед смертью. Через 16 лет, на пороге XX века, вся биологическая наука была взбудоражена сообщением о вторично открытых законах Менделя. В 1900 г. Г. де Фриз в Голландии, Э. Чермак в Австралии и Карл Корренс в Германии независимо друг от друга переоткрыли законы Менделя и признали его приоритет.

Переоткрытие этих законов вызвало стремительное развитие науки о наследственности и изменчивости организмов - генетики.