откритијата на Мендел. Биографија и откритие на Мендел Најважното откритие на Мендел за генетиката

Каков придонес во биологијата, австрискиот натуралист, ботаничар и религиозна личност, монах, основач на доктрината за наследноста, ќе научите од овој напис.

Откритијата на Грегор Мендел

Дваесеттиот век беше обележан со сензационално откритие во областа на биологијата. Тројца ботаничари Чермак, де Вриј и Коренс изјавија дека пред 35 години некој чешки монах и научник Грегор Мендел, кој никому бил непознат, ги открил законите за наследување на поединечни ликови.

Вреди да се напомене дека Мендел е роден во сиромашно селско семејство на градинар. Неговите родители немале средства да му дадат на својот син пристојно образование. Затоа, младиот човек завршил само средно училиште и сонувал за универзитет.

Еден ден отишол во опатијата и земал монашки наредби. Следеше една цел - знаење. Манастирот имал богата библиотека, а тој имал можност да учи на универзитетот. Покрај тоа, Грегор бил заинтересиран за биологија, а во близина на неговата ќелија имало и градинарски кревет. И тој одлучи да спроведе експерименти во вкрстувањето на растенијата. Грашокот делуваше како експериментални субјекти. За своите експерименти, монахот избрал 7 пара сорти на ова одгледувано растение. Секој пар грашок имаше своја разлика. На пример, семето на првиот пар имало мазна структура, додека вториот пар имало збрчкана структура; во едната стеблото не беше повеќе од 60 см, а во втората достигна 2 m; Бојата на цветот во едната сорта беше бела, додека кај другиот пар беше виолетова.

Во првите три години, Мендел сеел одбрани сорти за да се осигура дека тие се без нечистотии. Потоа започнаа експериментите за вкрстување. За време на експериментите, тој открил дека едно од растенијата е доминантно и неговите карактеристики ги потиснуваат карактеристиките на второто растение. Мендел го нарече овој процес „рецесивен“. Така беше отворен првиот закон на наследноста во биологијата. Следното лето, тој ги вкрстил добиените црвеноцветни хибриди со примарната разновидност на црвеноцветниот грашок. И замислете го неговото изненадување кога растението процвета и цвеќињата се покажаа бели. Мендел го нарече овој феномен, појавата на бела боја по една генерација, „разделување на карактерите“. Така беше Откриен е вториот закон за наследноста во биологијата.За жал, неговото откритие не беше успешно. Само 140 години подоцна човештвото ги цени неговите експерименти во биологијата.

Дваесеттиот век за биологијата започна со сензационално откритие. Во исто време, тројца ботаничари - Холанѓанецот Хуго де Врис, Германецот К. индивидуални ликови. 1900 година, годината на секундарното откривање на законите на Мендел, сега се смета за година на раѓање на науката за наследноста - генетиката.

Однадвор, животот на Мендел беше тивок и незабележлив. Роден е во семејство на селанец градинар. Момчето страсно барало знаење. Родителите немале средства за школување на синот. По цена на големи напори и маки, Јохан завршил средно училиште, но универзитетот бил недостапен за него.

Како дваесетгодишен млад, Мендел го преминал прагот на Августинскиот манастир во тивкиот боемски град Брун (сега Брно во Чехословачка). Може да се смета дека неговата судбина е одредена: заедно со рангот на почетник, тој доби ново име - Грегор и почна да го проучува Светото Писмо. Поминаа четири години и Мендел стана свештеник. Но наместо да чита проповед, да се причести и да се исповеда, тој го напушти светиот манастир. Природните науки и точните науки сè уште го привлекувале. Со средства од манастирот, Мендел патува во Виена и се обидува да влезе на универзитетот за темелно да студира физика и математика. Откако не успеа, тој се враќа во Брун.

Овде свештеникот Мендел започнува да предава физика, математика и други природни науки во вистинско училиште и издлаби мала парцела во манастирската градина за да започне со експерименти кои беа предодредени да го слават неговото име со векови.

Во 1865 година, тој ги објави резултатите од својата работа, поставувајќи ги научните основи на генетиката. Главната цел што Мендел ја следеше беше да ги научи законите што го одредуваат развојот на потомците од вкрстувањето на родителите кои се разликуваа по нивните наследни карактеристики. Сите карактеристики што ги карактеризираа и татковските и мајчините организми беа својствени во нивните герминативни клетки, а организмот формиран од споените герминативни клетки (мајчинска јајце клетка и татковска сперма) мораше да ги носи карактеристиките и на таткото и на мајката.

Но, како, според кои закони, овие карактеристики се комбинираат кај потомците, претходниците на Мендел не можеа да откријат. Грешката на овие научници беше што тие се обидоа да ја следат судбината на многу ликови во еден премин, а во исто време лошо избираа парови за вкрстување и сè стана безнадежно збунето. Беше неопходно да се поедностави задачата, да не се обидуваме да ги решиме сите проблеми одеднаш, но ова се покажа како најтешко.

На Мендел му помогнала неговата склоност кон точните науки. Првото нешто што го забележа е бројот на знаци на кои треба да внимава. Важно беше да се изберат парови за вкрстување на таков начин што вкрстените организми не се разликуваат едни од други по ништо освен една карактеристика. Откако ќе ја решите равенката од прв степен, можете да преминете на посложени проблеми. Колку и да беше едноставна идејата на Мендел, тоа беше голем чекор напред.

Но, кои организми да се вкрстуваат? И овде Мендел реши да го следи патот на максимизирање на поедноставувањето на проблемот. Своето внимание го фокусирал на растенијата и на оние кои се опрашуваат со сопствениот полен. На растенијата кои вкрстуваат опрашување, ветрот може случајно да носи полен од некое друго растение, а потоа целиот експеримент ќе помине низ одводот. Од самоопрашувачите избра грашок.

Мендел помина низ 34 сорти грашок и остави само 7 пара сорти за експерименти. Сортите на секој пар се разликуваа само по една карактеристика. Во едната сорта семките беа мазни, во другата беа збрчкани; стеблото на една сорта беше високо, до 2 m, во друга едвај достигна 60 см; Бојата на королата на цветот во една сорта грашок беше виолетова, во друга бела.

Во текот на три години, Мендел внимателно ги посеал избраните растенија и се уверил дека тие се чисти сорти, без нечистотии. Мендел потоа почнал да се вкрстува. Од растение со виолетова цветна корола, тој ги отстрани стоманите со прашници и го префрли поленот од растение со бели цветови на стигмата на пестикот. Рокот на породување помина, растението вроди со плод, а на есен научникот ги имаше семето на хибридот во рацете. Кога Мендел посеал хибридни семиња во почвата во пролетта и чекал да се отворат пупките, тој открил дека сите цветови на хибридните растенија имаат иста виолетова боја како еден од родителите (мајката растение).

Што се случи? Можеби поленот од белоцветното растение бил неефикасен? Но, во овој случај, нема да се формираат плодови, бидејќи самиот полен на мајчиното растение бил отстранет додека бил во стомачните. Можеби експериментот бил попречен од странски полен донесен случајно од растение со црвено цвеќе? Но, грашокот е строг само-опрашувач, а можноста за внесување на странски полен е исклучена. Но, најважно е што во други вкрстувања (на сорти што се разликуваа по други карактеристики), Мендел го доби фундаментално истиот резултат. Во сите случаи, потомците на првиот крст ја покажале особината на само еден од родителите. Еден од знаците се покажа толку силен што целосно ја потисна манифестацијата на друг знак. Мендел ја нарече доминантна. Неманифестирана, слаба особина се нарекува „рецесивна“. Така Мендел го откри првото правило, или закон на наследноста: кај хибридите од првата генерација нема меѓусебно распуштање на карактерите, туку се забележува доминација, доминација на еден (силен) лик над друг (слаб) карактер.

Истото лето, Мендел го спроведе вториот дел од експериментот. Овој пат тој ги вкрсти виолетово-црвените браќа и сестри добиени по првата хибридизација. Семето добиено од новото вкрстување го посеал следната пролет. И сега садниците станаа зелени во креветите. Какви ќе бидат цвеќињата? Се чинеше дека исходот од експериментот може точно да се погоди. Каков вид на потомство може да дојде од вкрстување на црно куче со црно куче? Очигледно црно куче. Што е со вкрстувањето на црвено-цветниот грашок со црвеноцветниот грашок? Очигледно, само грашок со црвени цветови. Но, кога пупките процветаа, Мендел откри дека четвртина од растенијата имаат бели короли. Карактеристиката на белата боја, која се чинеше дека исчезнала по првото вкрстување, повторно се појавила кај „внуците“. Она што се случи беше она што Мендел соодветно го нарече поделба на ликовите.

Излегува дека кога примордијата на белоцветните и црвеноцветните растенија беа комбинирани, наследните фактори на белите цветови не се растворија или исчезнаа, туку беа само привремено потиснати од силните доминантни фактори на црвенило. Појавата на такви хибриди беше измама. Хибридната природа беше откриена дури по второто вкрстување. Кога потиснатиот фактор на бело цветање во едно хибридно растение се сретнал со подеднакво потиснат фактор во второто хибридно растение, нивните потомци развиле бели цветови. Во 1900 година, Хуго де Врис го нарече моделот на изглед кај потомците на втората генерација на особини потиснати во хибридите на првата генерација Менделовиот втор закон или закон за сегрегација.

Кога Мендел анализирал колку хибриди од втората генерација развиле доминантни и рецесивни особини, тој ја открил истата нумеричка шема во сите случаи. По вкрстување на грашок со мазни и збрчкани семиња, Мендел добил 253 семиња. Сите беа мазни. По вкрстувањето на хибридите со мазно семе еден со друг, се случи разделување во следната генерација. Создадени се 7324 семиња: 5474 мазни и 1850 збрчкани. Односот на мазна (доминантна карактеристика) и збрчкана (рецесивна карактеристика) беше 2,96: 1. Во друг експеримент каде што беше забележано наследување на бојата на семето, од 8023 семиња добиени по второто вкрстување, 6022 беа жолти, а 2001 беа зелени. Соодносот на жолта и зелена беше 3,01:1, Мендел направи слични пресметки за сите седум пара сорти. Резултатот беше ист насекаде. Разделувањето на доминантните и рецесивните особини беше во просек 3: 1. Мендел разбра дека образецот што тој го откри не може да биде вистинит за едно растение, тој се појавува само кога се вкрстуваат голем број организми.

Научникот не се ограничи на монохибридното вкрстување, односно она каде што организмите се разликуваат само во една карактеристика. Врз основа на отворени обрасци, тој прво пресметал, а потоа експериментално докажал како во секој случај се случува разделувањето на знаците. Мендел ги тестирал своите заклучоци во експерименти со растенија кои се разликувале во две, а потоа во три особини. Ова беше доволно за да се увери дека во посложени случаи неговите формули се точни.

Така, Мендел прво ја проучувал наследна стабилност на сортите грашок, потоа го открил правилото за доминација, потоа сегрегација, потоа ги анализирал квантитативните модели на сегрегација за организми кои се разликувале во една, две и три карактеристики и на крајот дал формули за какви било вкрстувања . Правејќи ја својата работа сè покомплицирана, тој чекор по чекор се издигна до врвот на својата теорија - предвидувањето на принципите на структурата на генетскиот материјал.

И токму со ова предвидување тој беше пред современата наука речиси половина век. Во времето на Мендел, ништо не се знаело за материјалните носители на наследноста - гените, но тој ги опишал нивните својства на ист начин како што астрономите предвидувале постоење на планети кои се уште не биле откриени од никого. Мендел образложи на следниов начин: бидејќи постои доминација и рецесивност, која се манифестира при вкрстување, тоа значи дека половите клетки носат наследни фактори, од кои едниот го одредува својството на доминација, а другиот - рецесивност. Така тој го предвидел постоењето на фактори, подоцна наречени гени, од кои секој е одговорен за својството на одредена особина.

Бидејќи овие полови фактори се комбинирани во клетките на хибридниот организам, тогаш сите негови клетки носат два фактора со иста особина. Во зависност од природата на овие фактори, организмот ќе ги содржи истите фактори (таквите организми се нарекуваат хомозиготни) или различни фактори (организам хетерозиготен за дадена особина). Ова објасни зошто, кога се вкрстуваат организми кои се апсолутно слични едни на други по изглед, кај потомството одеднаш се појавуваат поединци кои не личат на нивните директни родители, туку наликуваат на „дедо“ или „баба“.

И конечно, Мендел прави претпоставка која со право се смета за еден од неговите најважни закони. Тој доаѓа до идејата дека половите клетки (гамети) носат само една склоност на секоја од карактеристиките и се ослободени (чисти) од други склоности од истиот атрибут. Овој закон се нарекува „закон за чистота на гамети“.

По осум години работа, Мендел ги пријавил своите резултати. Неговата работа беше објавена во списанието на Друштвото на натуралистите Брун. Оваа провинциска публикација беше малку позната меѓу научниците, беше објавена во мал тираж и не е чудно што статијата на Мендел не даде никаков ефект во научниот свет.

По 1868 година, Мендел целосно ги напуштил своите експерименти. Во исто време тој почна да ослепува. Нечовечката напнатост со која тој помина повеќе од 10 години испитувајќи и сортирајќи десетици илјади растенија, цвеќиња, стебла, лисја и семиња имаше ефект. Во 1884 година, без да добие признание, почина големиот чешки научник Грегор Јохан Мендел.

И 16 години подоцна, целиот научен свет дозна за откритијата на Мендел. Стотици научници ширум светот почнаа да го продолжуваат неговото истражување; Подоцна, законите на Мендел беа објаснети со однесувањето на хромозомите. Веќе денес, гените се проучуваат на молекуларно ниво и материјалните носители на наследноста, чие постоење го предвидел Мендел, почнале да се проучуваат со помош на методите на биологија, физика, хемија и математика.

Чест на отворањето квантитативни модели,што го придружува формирањето на хибриди, му припаѓа на чешки монах, ботаничар аматер Јохан Грегор Мендел(1822-1884). Во неговите дела, извршени од 1856 до 1863 година. беа откриени основите на законите на наследноста.ВО 1865 годинатој испраќа статија до Друштвото на природни научници со наслов „Експерименти на растителни хибриди“.

Г. Мендел за прв патјасно го формулираше концептот дискретен наследен депозит(„ген“ - 1903, Јохансен). Основниот закон на Мендел е законот за чистота на гамети.

1902 - В. Батсон ја формулира позицијата дека истите склоности се хомозиготни, различните склоности се хетерозиготни.

Но! Експерименталните истражувања и теоретската анализа на резултатите од вкрстувањата извршени од Мендел беа пред развојот на науката за повеќе од четвртина век.

Во тоа време речиси ништо не се знаеше за материјалните носители на наследноста, механизмите на складирање и пренос на генетски информации и внатрешната содржина на процесот на оплодување. Дури и шпекулативните хипотези за природата на наследноста (К. Дарвин и други) беа формулирани подоцна.

Ова го објаснува фактот дека делото на Г. Мендел во своето време не добило никакво признание и останало непознато до повторно откривање на законите на Мендел.

Во 1900 година - независно еден од друг, тројца ботаничари -

K. Correns (Германија) (пченка)

G. de Vries (Холандија) (афион, датура)

Е. Чермак (Австрија) (грашок)

Тие во своите експерименти ги откриле шаблоните што претходно ги открил Мендел и, откако наишле на неговото дело, го објави повторно во 1901 година.

Утврден е фактот (1902) дека тоа е хромозомите носат наследни информации(В. Сетон, Т. Бовери). Ова го означи почетокот на нова насока во генетиката - хромозомската теорија на наследноста. Во 1906 година, В. Батсон ги вовел концептите „генетика“, „генотип“ и „фенотип“.

Образложение за хромозомската теорија на наследноста

Во 1901 година Томас Гент (Хант) Морган(1866-1945) првпат почна да спроведува експерименти на животински модели– цел на неговото истражување била мушичката – Дрософиламеланогастер. Карактеристики на предниот нишан:

Непретенциозност (размножување на хранливи материи на температура од 21-25C)

Плодност (за 1 година - 30 генерации; една жена - 1000 индивидуи; циклус на развој - 12 дена: по 20 часа - јајце, 4 дена - ларва, уште 4 дена - кукла);

Сексуален диморфизам: женките се поголеми, абдоменот е зашилен; мажјаците се помали, абдоменот е заоблен, последниот сегмент е црн)

Широк опсег на знаци

Мали големини (приближно 3 мм.)

1910 - Т. Морган - Хромозомска теорија на наследноста:

Наследноста има дискретна природа. Генот е единица на наследноста и животот.

Хромозомите ја задржуваат структурната и генетската индивидуалност во текот на онтогенезата.

Во Р!

Хомологните хромозоми се конјугираат во парови, а потоа се одвојуваат, завршувајќи во различни герминативни клетки.

Во соматските клетки кои произлегуваат од зиготот, збирот на хромозоми се состои од 2 хомологни групи (женски, машки).

Секој хромозом игра специфична улога.Гените се распоредени линеарно и формираат една група за поврзување.

1911 година - законот за поврзано наследување на особини (гени)

(гените локализирани на истиот хромозом се наследени поврзани).

Така, постојат две важни фази во развојот на генетиката:

Грегор Мендел беше првиот што се доближи до разрешување на античката мистерија. Тој бил монах во манастирот Брун (сега Брно, Чешка) и покрај предавањето, во слободно време се занимавал и со експерименти за вкрстување на градинарски грашок. Неговиот извештај на оваа тема, објавен во 1865 година, не беше широко прифатен. И покрај фактот што теоријата за природна селекција го привлече вниманието на целиот научен свет шест години порано, неколкуте истражувачи кои ја прочитаа статијата на Мендел не и придаваа големо значење и не ги поврзаа фактите презентирани во неа со теоријата на потеклото на видовите. И само на почетокот на 20 век, тројца биолози, спроведувајќи експерименти на различни организми, добија слични резултати, потврдувајќи ја хипотезата на Мендел, кој постхумно стана познат како основач на генетиката.

Зошто Мендел успеал кога повеќето други истражувачи не успеале? Прво, тој испитувал само едноставни, јасно дефинирани карактеристики - на пример, бојата или обликот на семињата. Не е лесно да се изолираат и идентификуваат едноставни особини кои можат да се наследат. Карактеристиките како што се висината на растението, како и интелигенцијата или обликот на носот на една личност, зависат од многу фактори и многу е тешко да се следат законите на нивното наследство. Однадвор забележливи и во исто време независни од другите знаци се доста ретки. Покрај тоа, Мендел забележал пренесување на особина во текот на неколку генерации. А што е можеби најважно, тој го забележа точното количинаиндивидуи со една или друга карактеристика и изврши статистичка анализа на податоците.

Класичните генетски експерименти секогаш користат две или повеќе сорти, две сорти или линии,од исти биолошки видови, кои се разликуваат едни од други по толку едноставни карактеристики како бојата на растителниот цвет или бојата на крзното на животните. Мендел започна со чисти линииграшок, односно од линии кои неколку генерации се вкрстувале исклучиво една со друга и затоа постојано демонстрирале само една форма на особина. Се вели дека такви линии се се размножуваат во чистота.За време на експериментот на Мендел вкрстенипоединци од различни линии меѓу себе и примени хибриди.Во исто време, на стигмата на растение со отстранети прашници од една линија, пренесувала полен од растение од друга линија. Се претпоставуваше дека карактеристиките на различните матични растенија во хибридното потомство треба да се мешаат едни со други. Во еден од експериментите (сл. 4.1), Мендел вкрсти чиста сорта со жолти семиња и чиста сорта со зелени семиња. Во снимањето на експериментот, крстот значи „крстови со...“, а стрелката покажува на следната генерација.

Некој би очекувал дека хибридната генерација ќе има жолто-зелени семиња, или некои жолти и некои зелени. Но, се формираа само жолти семиња. Се чини дека знакот „зелен“ целосно исчезна од генерацијата F 1(писмо Фозначува генерации, од латинскиот збор filius - син). Потоа Мендел го засадил семето од генерација F 1и ги вкрстиле растенијата меѓу себе, со што ја добиле втората генерација F2.Интересно е што „зелената“ особина, која исчезна во првата хибридна генерација, повторно се појави: кај некои растенија од генерацијата F 2некои имаа жолти, додека други зелени. Други експерименти за вкрстување на растенија со различни манифестации на особината ги дадоа истите резултати. На пример, кога Мендел вкрсти чист сорта грашок со виолетови цветови и чиста сорта со бели цветови, во една генерација F 1сите растенија се покажаа дека имаат виолетови цветови, а во генерацијата F 2Некои растенија имаа виолетови цветови, додека други имаа бели цветови.

За разлика од неговите претходници, Мендел одлучил да го брои точниот број на растенија (или семиња) со одредена особина. Со вкрстување на растенијата според бојата на нивните семиња, тој добил за една генерација F 2 6022 жолти семиња и 2001 зелени семиња. Со вкрстување на растенијата врз основа на бојата на цветот, тој добил 705 виолетови и 224 бели цветови. Овие бројки сè уште не кажуваат ништо, а во слични случаи, претходниците на Мендел ги кренаа рацете и тврдеа дека ништо разумно не може да се каже за ова. Меѓутоа, Мендел забележал дека односот на овие бројки е блиску до 3:1, и оваа опсервација го навела до едноставен заклучок.

Мендел разви модел- хипотетичко објаснување за тоа што се случува за време на вкрстувањето. Вредноста на моделот зависи од тоа колку добро ги објаснува фактите и ги предвидува резултатите од експериментите. Според моделот на Мендел, растенијата имаат одредени „фактори“ кои го одредуваат преносот на наследни особини, а секое растение има два фактора за секоја особина - по еден од секој родител. Покрај тоа, еден од овие фактори може да биде доминантна,односно силно и видливо, а другото - рецесивен,или слаб и невидлив. Жолтата боја на семињата треба да биде доминантна, а зелената боја да биде рецесивна; виолетова боја е доминантна во однос на белата. Ова својство на „факторите на наследноста“ се рефлектира во снимањето на генетските експерименти: големата буква значи доминантна карактеристика, а малата буква значи рецесивна. На пример, жолтата боја може да се означи како Y, а зелената како u.Според современото гледиште, „фактори на наследност“ се индивидуални гени кои ја одредуваат бојата или обликот на семињата, а различните форми на генот ги нарекуваме алелиили алеломорфи (морф- форма, алелон- едни со други).

Ориз. 4.1. Објаснување на резултатите добиени од Мендел. Секое растение има две копии од генот кој ја одредува бојата, но една од овие копии ја пренесува на своите гамети. Y генот е доминантен во однос на генот y, затоа семето на сите растенија од генерацијата F t со множество Yy гени се жолти. Во следната генерација можни се четири комбинации на гени, од кои три произведуваат жолти семиња и едно- зелена

На сл. Слика 4.1 го прикажува текот на експериментите на Мендел, како и заклучоците до кои дошол. Чистата линија на грашок со жолто семе мора да има два фактори: Д (ГГ),и чиста линија на грашок со зелени семиња - два фактори y (гг).Бидејќи и двата фактори се исти кај матичните растенија, велиме дека тие хомозиготнаили дека овие растенија - хомозиготи.Секое од матичните растенија му дава на потомството по еден фактор кој ја одредува бојата на семето, така што сите растенија од генерацијата Ftимаат фактори дг.Двата фактори на боја се различни, па затоа велиме дека тие хетерозиготнаили дека овие растенија - хетерозиготи.Кога хетерозиготните растенија се вкрстуваат едни со други, секоја од нив произведува два вида гамети, од кои половина го носат факторот Y,а другата половина е фактор u.Гаметите се комбинираат по случаен избор и даваат четири типа на комбинации: YY, YY, y-или ух.Зелените семиња се формираат само со последната комбинација, бидејќи двата фактори во неа се рецесивни; други комбинации даваат жолти семиња. Ова го објаснува односот 3:1 што го забележал Мендел.

Што откри Грегор Мендел?

И 16 години подоцна, целиот научен свет дозна за откритијата на Мендел. Стотици научници ширум светот почнаа да го продолжуваат неговото истражување; Подоцна, законите на Мендел беа објаснети со однесувањето на хромозомите (види статија „Наследност“). Веќе денес, гените се проучуваат на молекуларно ниво и материјалните носители на наследноста, чие постоење го предвидел Мендел, почнале да се проучуваат со помош на методите на биологија, физика, хемија и математика.