Чем наша цивилизация обязана гороху?
Он проделал 10 000 опытов и рассмотрел в лупу более 7000 горошин, пока открыл Законы наследственности. О них Грегор Иоганн Мендель, монах из Брно, доложил во время заседания научного товарищества в Берне 8 февраля 1865 года. Одобрения не получил. Да и сам позже стал сомневаться в универсальности своего открытия. Лишь спустя 35 лет, в 1900 году, когда ученого уже не было в живых, его законы «переоткрыли» и с тех пор считают Менделя основоположником теории наследственности.
Парность задатков, парность хромосом, двойная спираль ДНК— таково следствие и магистральный путь развития генетики ХХ века на основе идей Менделя.
«Мое время еще придет», — с надеждой и грустью говорил непризнанный гений. Эти слова выбиты на его памятнике перед монастырским садиком, где Мендель ставил свои опыты. На участке менее двух соток упорный монах около восьми лет скрещивал семена десятков разновидностей гороха. Проделал десять тысяч опытов, манипулируя разными по окраске цветков и виду семян растениями. Ради уяснения закономерностей передачи лишь одного признака (гладкие — морщинистые семена) Мендель рассмотрел в лупу более семи тысяч горошин!
До него ученые обратили внимание на наследование определенных признаков при гибридизации. С горохом в начале XIX века экспериментировал Джон Госс, обнаружив при скрещивании зеленовато-голубых горошин с желтовато-белыми, что в первом поколении получаются лишь жёлто-белые. Во втором же вновь появляются и те, и другие. Знаменитый современник Менделя Чарльз Дарвин тоже проявлял интерес к гибридизации. Он скрещивал разные виды львиного зева, но не понял закономерности происходящих изменений. «Почему это так, Бог знает…», — отметил он, получив расщепление гибридов во втором поколении. Лишь математик Мендель смог «поверить алгеброй гармонию» и открыть три закона наследственности.
Первый закон Менделя — закон единообразия гибридов первого поколения. Состояние (аллель) признака, проявляющегося в первом поколении, получило название доминантного, а состояние (аллель), которое в первом поколении гибридов не проявляется, называется рецессивным. «Задатки» признаков (по современной терминологии — гены) Мендель предложил обозначать буквами латинского алфавита. Состояния, принадлежащие к одной паре признаков, обозначают одной и той же буквой, но доминантный аллель — большой, а рецессивный — маленькой.
Второй закон Менделя — закон расщепления, который гласит, что во втором поколении появляются особи как с доминантными, так и с рецессивными признаками, то есть возникает расщепление, которое происходит в определенных соотношениях. В опыте с 8023 семенами гороха разного цвета, полученными во втором поколении, было 6022 желтых и 2001 зеленых, а из 7324 семян разной формы было получено 5474 гладких и 1850 морщинистых. Аналогичные результаты Мендель получил на цветках — на 929 растений второго поколения оказалось 705 с пурпурными цветками и 224 с белыми. Исходя из полученных результатов, ученый пришел к выводу, что во втором поколении 75% особей имеют доминантное состояние признака, а 25% — рецессивное (расщепление 3:1).
Третий закон Менделя — закон независимого наследования признаков. Формулируется он так: при скрещивании гомозиготных особей, отличающихся по двум (или более) признакам, во втором поколении наблюдаются независимое наследование и комбинирование состояний признаков, если задатки (гены), которые их определяют, расположены в разных парах хромосом. К такому выводу Мендель пришел, изучая расщепления при дигибридном скрещивании. Было установлено, что при скрещивании растений с желтыми гладкими (ААВВ) и зелеными морщинистыми (ааbb) семенами во втором поколении появляются новые комбинации признаков: желтые морщинистое (Ааbb) и зеленые гладкие (ааВb), которые не встречались в исходных формах. Вывод — расщепление по каждому признаку происходит независимо от второго признака. В этом примере форма семян наследовалась независимо от их окраски.
Таким образом, законы Менделя формулируют теорию наследственности. А именно: комбинация неоднородных признаков дает то самое расщепление, что наблюдается в опытах и в тех самых соотношениях, что были вычислены Менделем с помощью статистического анализа. Мендель ввел буквенные обозначения, отметив заглавной буквой доминантное, а строчной — рецессивное состояние одного и того же признака. Он доказал, что каждый признак организма определяется наследственными факторами, задатками (впоследствии их назвали генами), передающимися от родителей потомкам с половыми клетками. В результате скрещивания могут появиться новые сочетания наследственных признаков. Частоту появления каждого такого сочетания можно предсказать.
Грегор Мендель предвидел общезначимость обнаруженных на горохе закономерностей и получил некоторые доказательства их применимости к другим растениям: трем видам фасоли, двум видам левкоя, кукурузе и ночной красавице. Однако он «споткнулся» на ястребинке — растении, с которым работал ботаник, профессор Мюнхенского университета Карл фон Негели. Он прочитал работу Менделя и предложил ему проверить обнаруженные им законы на ястребинке. Мендель потратил много сил на опыты с этим весьма неудобным для скрещивания растением. Оно мелкое, ученому приходилось напрягать зрение, которое в конце концов стало ухудшаться. Но главное, полученное потомство не подчинялось законам, которые Мендель считал универсальными для всех. Тут он и стал сомневаться в своей правоте. Лишь когда биологи установили факт иного, не полового размножения ястребинки, возражения профессора Негели, главного оппонента Менделя, были сняты с повестки дня. Самому Менделю дожить до этого не пришлось.
О трагедии ученого, законы которого были отвергнуты научным миром, хорошо сказал крупный советский генетик академик Борис Астауров, первый президент Всесоюзного общества генетиков и селекционеров имени Н.И.Вавилова: «Биология того времени еще не доросла до осознания их (законов) фундаментальности».
Сегодня ни у кого нет сомнений в том, что горох Георга Иоганна Менделя проложил путь генетике — одному из важнейших направлений современной научной мысли. Значение открытия ученого так велико, что известный физик Эрвин Шредингер утверждал, что применение законов Менделя равнозначно внедрению квантового начала в биологии.