Грегор Иоганн Мендель

Gregor Johann Mendel

Грегор Иоганн Мендель (1822-1884) — австрийский биолог и ботаник, сыгравший огромную роль в развитии представления о наследственности.

 

    Открытие им закономерностей наследования моногенных признаков (Законы Менделя) стало первым шагом на пути к современной генетике.

портрет 1884 года

     Иоганн Мендель родился 20 июля 1822 в крестьянской семье Антона и Розины Мендель в маленьком сельском городке Хейнцендорф (Австрийская империя, позже Австро-Венгрия, теперь Гинчице (часть села Вражне) у Нового Йичина, Чехия).

      Помимо  Иоганна в семье были две дочери (старшая и младшая сестры). Интерес к природе он начал проявлять рано, уже мальчишкой работая садовником.

• 1841-1843 - философские классы института Ольмюца (Оломоуц, Чехия)
• 1843 - постригся в монахи Августинского монастыря Св. Фомы в Брюнне (ныне Брно, Чехия) и взял имя Грегор.
• 1844-1848 - учился в Брюннском богословском институте.
• 1847 - стал священником.

    Самостоятельно изучал множество наук, заменял отсутствующих преподавателей греческого языка и математики в одной из школ. Сдавая экзамен на звание преподавателя, получил, как ни странно, неудовлетворительные оценки по биологии и геологии.

• 1849-1851 - преподавал в Зноймской гимназии математику, латинский и греческий языки.
• 1851-1853 - обучался естественной истории в Венском университете, в том числе под руководством Унгера — одного из первых цитологов мира.
• Будучи в Вене, Мендель заинтересовался процессом гибридизации растений и, в частности, разными типами гибридных потомков и их статистическими соотношениями.
• 1854 - получил место преподавателя физики и естественной истории в Высшей реальной школе в Брюнне, не будучи дипломированным специалистом.
• 1856 - ещё две попытки сдать экзамен по биологии в году окончились провалом, и Мендель оставался по-прежнему монахом, а позже — аббатом Августинского монастыря.

 

     Вдохновившись изучением изменений признаков растений, с 1856 по 1863 г. стал проводить опыты на горохе в экспериментальном монастырском саду, и сформулировал законы, объясняющие механизм наследования, известные нам как «Законы Менделя».

• 8 марта 1865 г. Мендель доложил результаты своих опытов брюннскому Обществу естествоиспытателей, которое в конце следующего года опубликовало конспект его доклада в очередном томе «Трудов Общества…» под названием «Опыты над растительными гибридами».

 

• Этот том попал в 120 библиотек университетов мира. Мендель заказал 40 отдельных оттисков своей работы, почти все из которых разослал крупным исследователям-ботаникам. Но работа не вызвала интереса у современников.

 

   Мендель сделал открытие чрезвычайной важности, и сам сначала был, по-видимому, в этом убеждён. Но потом он предпринял ряд попыток подтвердить это открытие на других биологических видах, и с этой целью провёл серию опытов по скрещиванию разновидностей ястребинки — растения семейства астровых, затем — по скрещиванию разновидностей пчёл.

    Результаты, полученные им на горохе, на других видах не подтверждались: механизмы оплодотворения и ястребинки, и пчёл, имели особенности, о которых в то время науке ещё не было известно, а теми методами скрещивания, которыми пользовался Мендель в своих опытах, эти особенности не учитывались. В конце концов великий учёный сам разуверился в том, что совершил открытие.

    В 1868 г. Мендель был избран настоятелем монастыря и больше биологическими исследованиями не занимался. Только в начале XX века, с развитием представлений о генах, была осознана вся важность сделанных им выводов.

 

    Мендель  умер 6 января 1884 года и не был признан своими современниками. На его могиле установлена плита, на которой есть надпись «Мое время ещё придёт!».

 

Памятник Менделю в  Колтушах

Законы Менделя  — это принципы передачи наследственных признаков от родительских организмов к их потомкам, вытекающие из экспериментов  Грегора Менделя.  
 
Эти принципы послужили основой для классической генетики и впоследствии были объяснены как следствие молекулярных механизмов наследственности.

Методы и ход  работы Менделя

 

• Мендель изучал, как наследуются отдельные признаки.
• Мендель выбрал из всех признаков только альтернативные — такие, которые имели у его сортов два чётко различающихся варианта (семена либо гладкие, либо морщинистые; промежуточных вариантов не бывает). Такое сознательное сужение задачи исследования позволило чётко установить общие закономерности наследования.

• Мендель спланировал и провёл масштабный эксперимент. Им было получено от семеноводческих фирм 34 сорта гороха, из которых он отобрал 22 «чистых» (не дающих расщепления по изучаемым признакам при самоопылении) сорта. Затем он проводил искусственную гибридизацию сортов, а полученные гибриды скрещивал между собой. Он изучил наследование семи признаков, изучив в общей сложности около 20 000 гибридов второго поколения. Эксперимент облегчался удачным выбором объекта: горох в норме — самоопылитель, но легко проводить искусственную гибридизацию.
• Мендель одним из первых в биологии использовал точные количественные методы для анализа данных. На основе знания теории вероятностей он понял необходимость анализа большого числа скрещиваний для устранения роли случайных отклонений.

Закон единообразия гибридов первого поколения

 

Проявление у гибридов признака только одного из родителей  Мендель назвал доминированием.

 

При скрещивании двух гомозиготных организмов, относящихся к разным чистым линиям и отличающихся друг от друга по одной паре альтернативных проявлений признака, всё первое поколение гибридов (F1) окажется единообразным и будет нести проявление признака одного из родителей

При скрещивании чистых линий  гороха с пурпурными цветками и гороха с белыми цветками Мендель заметил, что взошедшие потомки растений были все с пурпурными цветками, среди них не было ни одного белого. Мендель не раз повторял опыт, использовал  другие признаки.

 

Гибриды первого поколения всегда единообразны по данному признаку и приобретают признак одного из родителей. Этот признак (более сильный, доминантный), всегда подавлял другой (рецессивный).

Явления кодоминирования и неполного доминирования признаков слегка видоизменяет первый закон Менделя: «Гибриды первого поколения от скрещивания чистых линий особей с противоположными признаками всегда одинаковы по этому признаку: проявляют доминирующий признак, если признаки находятся в отношении доминирования, или смешанный признак, если они находятся в отношении кодоминирования (неполного доминирования)».

Закон расщепления  признаков

 

   при скрещивании двух гетерозиготных потомков первого поколения между собой во втором поколении наблюдается расщепление в определенном числовом отношении: по фенотипу 3:1, по генотипу 1:2:1

• Если потомков первого поколения, одинаковых по изучаемому признаку, скрестить между собой, то во втором поколении признаки обоих родителей появляются в соотношении: 3/4 особей будут иметь доминантный признак, 1/4 — рецессивный.
• Явление, при котором скрещивание гетерозиготных особей приводит к образованию потомства, часть которого несет доминантный признак, а часть — рецессивный, называется расщеплением.
• Рецессивный признак у гибридов первого поколения не исчез, а был только подавлен и проявится во втором гибридном поколении.

Гипотеза чистоты  гамет

 

• Мендель предположил, что при образовании гибридов наследственные факторы не смешиваются, а сохраняются в неизменном виде.
• В гибриде присутствуют оба фактора — доминантный и рецессивный, но в виде признака проявляется доминантный наследственный фактор, рецессивный же по­давляется. Связь между поколениями при половом размножении осуществляется через половые клетки — гаметы.
• Пусть каждая гамета несет только один фактор из пары. Тогда при оплодотворении слияние двух гамет, каждая из которых несет рецессивный наследственный фактор, будет приводить к образованию организма с рецессивным признаком, проявляющимся фенотипически.

    Слияние двух доминантных гамет или двух гамет, с доминантным и рецессивным фактором, будет приводить к развитию организма с доминантным признаком.

   Таким образом, появление во втором поколении рецессивного признака одного из родителей может быть только при двух условиях:

• если у гибридов наследственные факторы сохраняются в неизменном виде;
• если половые клетки содержат только один наследственный фактор из аллельнои пары.

    Расщепление потомства при скрещивании гетерози­готных особей Мендель объяснил тем, что гаметы генетически чисты, т. е. несут только один ген из аллельнои пары.

 

    Гипотезу (теперь ее называют законом) чистоты гамет можно сформулировать следующим образом: при образовании половых клеток в каждую гамету попадает только один ген из аллельнои пары.

Закон независимого наследования признаков

 

   при скрещивании двух гомозиготных особей, отличающихся друг от друга по двум (и более) парам альтернативных признаков, гены и соответствующие им признаки наследуются независимо друг от друга и комбинируются во всех возможных сочетаниях (как и при моногибридном скрещивании)

 Когда скрещивались  растения, отличающиеся по нескольким  признакам, таким как белые  и пурпурные цветы и желтые  или зелёные горошины, наследование  каждого из признаков следовало  первым двум законам и в  потомстве они комбинировались  таким образом, как будто их  наследование происходило независимо  друг от друга. Первое поколение  после скрещивания обладало доминантным  фенотипом по всем признакам.  Во втором поколении наблюдалось  расщепление фенотипов по формуле  9:3:3:1, то есть 9:16 были с пурпурными  цветами и желтыми горошинами, 3:16 с белыми цветами и желтыми  горошинами, 3:16 с пурпурными цветами  и зелёными горошинами, 1:16 с белыми  цветами и зелёными горошинами.

Основные положения  теории наследственности Менделя

 

•   За наследственные признаки отвечают дискретные (отдельные, не смешивающиеся) наследственные факторы — гены (термин «ген» предложен в 1909 г. В.Иоганнсеном)

• Каждый диплоидный организм содержит пару аллелей данного гена, отвечающих за данный признак; один из них получен от отца, другой — от матери.
• Наследственные факторы передаются потомкам через половые клетки. При формировании гамет в каждую из них попадает только по одному аллелю из каждой пары (гаметы «чисты» в том смысле, что не содержат второго аллеля).