Генетические эксперименты Менделя

Грегор Мендель был сначала монахом, а позже настоятелем монастыря в Брюнне (ныне город Брно в Чехословакии). Свои ставшие теперь знаменитыми опыты он проводил с обычным горохом, который выращивал в монастырском саду.

В то время многие видные ботаники пытались понять, как генетическая информация передается у растений от родителей к потомкам. Однако все их попытки получить ответ на этот вопрос оказывались на редкость бесплодными, тогда как опыты Менделя позволили ему сформулировать простую, но ясную теорию, выдержавшую испытание временем. Как мог Мендель, работая в одиночку, увидеть то, чего не сумели разглядеть его современники, тесно связанные со всем научным миром? Удачу Менделя определило стечение ряда обстоятельств.
Во-первых, Мендель изучал в свое время математику и теорию вероятности. Поэтому он понимал, что при оценке результатов скрещиваний нужно
Рис. 16.2. Цветок гороха-объект, выбранный Менделем для генетических экспериментов. А. Внешний вид цветка. Модифицированные лепестки: парус, лодочка, крыло. Б. Вид сбоку. Цветок показан в разрезе, чтобы были видны лепестки и репродуктивные органы. Репродуктивные органы (тычинки и пестик) прикрыты лодочкой, так что для цветка бобовых характерно самоопыление.

оперировать большими числами, чтобы свести к минимуму эффект от «ошибки выборки», возможной при рассмотрении ограниченного числа случаев. Кроме того, он начинал с изучения отдельных наследуемых признаков, в каждом эксперименте по одному, прослеживая судьбу таких признаков во многих поколениях. Это также помогло ему выявить простые, но важные законы передачи наследственных признаков.
Во-вторых, Менделю повезло с выбором экспериментального объекта. Другие исследователи работали с ястребинкой, а этому растению свойственны отклонения от нормального процесса полового воспроизведения, о чем ботаники XIX в. не знали. У ястребинки семена завязываются иногда без опыления, и в таких случаях отцовская родительская форма отсутствует. Мудрено, конечно, определить характер наследования признаков, если вы полагаете, что родительские формы вам известны, а в действительности все обстоит иначе!
Мендель избежал этой западни. Он потратил несколько лет, чтобы выбрать организм, с которым ему предстояло работать, и решить, какие признаки этого организма следует изучать. В конце концов он выбрал горох. Существовало много сортов гороха, и все они размножались в чистоте, т. е. например, высокорослые растения всегда давали высокорослое потомство, а карликовые - только карликовое. Скрещивая растения двух сортов, обладавших такими контрастирующими признаками, Мендель получал возможность проследить, как эти признаки наследуются.
Было у гороха и еще одно качество, делавшее его идеальным объектом для тех целей, которые ставил перед собой Мендель. Это качество заключалось в особом строении его цветков, благодаря которому скрещивание легко поддавалось контролю. У большинства обычных цветков мужские (тычинки) и женские (пестики) репродуктивные органы ничем не прикрыты, так что на рыльце может попасть пыльца, принесенная ветром с других растений или занесенная посещающими цветок насекомыми. У гороха же и у родственных ему растений лепестки расположены так, что репродуктивные органы полностью ими закрыты. Пыльца с других цветков не может проникнуть внутрь и в норме каждый цветок сам себя опыляет (рис. 16.2).
Мендель мог либо допустить самоопыление, либо произвести перекрестное опыление, взяв пыльцу от цветков одного сорта гороха и поместив ее на рыльца цветков другого сорта. Для того чтобы произвести такое перекрестное опыление с участием двух сортов, Мендель раскрывал цветок, предназначенный стать донором пыльцы, и извлекал из него тычинку. Затем он раскрывал цветки другой родительской формы и высыпал на их рыльца пыльцу; собственные тычинки этих цветков он удалял еще до созревания пыльцы, чтобы быть уверенным, что ни один цветок не был опылен собственной пыльцой.

Для получения многочисленного потомства от скрещиваний Мендель опылял таким способом многие десятки цветков. Это была весьма кропотливая работа, но зато Мендель совершенно точно знал происхождение каждой собранной им горошины.
Избрав в качестве экспериментального объекта горох, Мендель потратил еще два года на предварительные опыты, чтобы найти чистые сорта с различными наследственными признаками. В конце концов он выбрал для длительного изучения семь признаков, каждый из которых встречается у разных сортов гороха в двух четко различающихся формах (рис. 16.3).
Мендель начал со скрещиваний между сортами, различающимися по одному признаку. Рассмотрим один из таких его экспериментов, в котором изучалось наследование окраски цветков.


В этом эксперименте Мендель скрещивал два чистых сорта гороха-с красными цветками и с белыми цветками. При таком скрещивании, т. е. при скрещивании двух генетически различных сортов, получается смешанное потомство, так называемые гибриды. У гибридов от скрещивания между сортом с красными и сортом с белыми цветками все цветки оказались красными (рис. 16.4). Это было несколько неожиданным. Куда девалась белая окраска, которую растения с белыми цветками должны были передать своему потомству?
Мендель продолжил эксперимент, получив от самоопыления гибридов более 900 семян. Когда он высеял эти семена, из них в большинстве случаев выросли растения с красными цветками, но примерно у одной четверти растений цветки оказались белыми. Стало ясно, что белая окраска не утрачена, хотя она и не проявилась в первом поколении гибридов.
Анализируя эти результаты, Мендель понял, что их можно объяснить, допустив, что всякий наследуемый признак определяется парой каких-то частиц, которые мы теперь называем генами. У чистого сорта с красными цветками, как полагал Мендель, каждое растение несло два гена, определяющих красную окраску цветков. Каждая репродуктивная клетка содержала, очевидно, только один из этих двух генов. Когда при оплодотворении две репродуктивные клетки слились, находившиеся в них гены красной окраски также объединились, так что у потомков снова оказалось по два таких гена-один из яйцеклетки, а другой из пыльцевого зерна. Точно так же все растения сорта с белыми цветками несли и могли передать своим потомкам только гены белой окраски цветков. При скрещивании этих двух сортов каждое растение сорта с белыми цветками передало гибридному потомству один ген белой окраски, а каждое растение с красными цветками - один ген красной окраски. Каждое растение гибридного поколения несло в себе, следовательно, один ген

Рис. 16.4. От скрещивания чистого сорта с красными цветками и чистого сорта с белыми цветками было получено потомство с одними только красными цветками. Среди потомков, полученных при самоопылении 'этих растений, приблизительно у трех четвертей цветки были красные и у одной четверти-белые. (Знак х в верхней части рисунка-символ скрещивания.)
красной и один ген белой окраски цветков, хотя все цветки в гибридном поколении были красными.
Когда затем наступило время размножения этих гибридных растений, половина репродуктивных клеток получила ген красной окраски цветков и половина-ген белой окраски. При оплодотворении любая репродуктивная клетка могла соединиться с любой другой, несущей либо ген красной окраски, либо ген белой окраски. Если обе участвующие в оплодотворении репродуктивные клетки несли гены белой окраски цветков, то и у полученного растения цветки были белыми.
Установленная закономерность, согласно которой гены могут объединяться в индивидууме, возникающем в результате оплодотворения, но затем расходятся, так что в репродуктивную клетку поступает для передачи следующему поколению либо один, либо другой ген, получила название менделевского закона расщепления.

Еще по теме Генетические эксперименты Менделя:

1. Открытие Г. Менделем законов наследования
2. 3.3. ОБЩИЕ СВОЙСТВА ГЕНЕТИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА И УРОВНИ ОРГАНИЗАЦИИ ГЕНЕТИЧЕСКОГО АППАРАТА
3. Механизм наследственности по Менделю
4. ПЛОДЫ ЭКСПЕРИМЕНТОВ
5. 5.2. Методические основы экспериментов по изучению операций обобщения и абстрагирования
6. Применение эксперимента в цитоэмбриологии. Изучение цветения, опыления и плодоношения
7. Генетический код
8. 6.4.2. Особенности человека как объекта генетических исследований
9. Генетические основы видообразования
10. 5-13. Генетический поиск и норма
11. 9.5. Генетические исследования способности к обучению