100 великих научных открытий
Шрифт:
Разгадка явлений брожения имела огромное практическое значение не только для французского виноделия, терпевшего огромные убытки от «болезней вина», но и сыграла исключительную роль в развитии биологической науки, практики сельского хозяйства и промышленности. Глубокое познание природы брожений дает возможность управлять их процессами. Это очень важно для хлебопечения, виноделия, изготовления многих пищевых веществ.
ОСНОВЫ ГЕНЕТИКИ
Человечеству потребовалось более 2500 лет, чтобы суметь раскрыть закономерности наследственности. «…Древние натурфилософы и врачи не могли правильно понять явления наследственности ввиду ограниченности и частично ошибочности их знания анатомии и физиологии органов размножения и процессов
«Возрожденная в XVII веке У. Гарвеем, — пишет А.Е. Гайсинович, — она тем не менее была отклонена большинством биологов на основе наблюдений микроскопистов XVII–XVIII веков. Лишь во второй половине XVIII века было поколеблено учение о преформации и были сделаны новые попытки сформулировать эпигенетические теории развития и наследственности, основанные на признании существования мужского и женского семени и принципа пангенезиса (П. Мопертюи, Ж. Бюффон). Хотя К.Ф. Вольфу удалось заложить первые основы эмбриологии, однако познание сущности процессов оплодотворения осталось скрытым от него, и его представления о явлениях изменчивости и наследственности были преждевременными и ошибочными. Большим шагом вперед в изучении явлений наследственности было использование растений для экспериментов по их гибридизации. Опыты гибридизаторов XVIII века окончательно подтвердили смутно предполагавшееся еще в древности наличие двух полов у растений и одинаковое их участие в явлениях наследственности (И. Кельрейтер и многие другие). Однако учение о неизменности видов и мнимое его подтверждение при межвидовой гибридизации не позволили им достоверно доказать независимую передачу по наследству отдельных видовых и индивидуальных признаков».
Это стало огромной заслугой монаха-ученого Грегора Менделя, по праву считающегося основоположником науки о наследственности.
Грегор Иоганн Мендель (1822–1884) родился в Гейзендорфе, что в Силезии, в семье крестьянина. В начальной школе он обнаружил выдающиеся математические способности и по настоянию учителей продолжил образование в гимназии небольшого, находящегося поблизости городка Опава. Однако на дальнейшее обучение Менделя денег в семье недоставало. С большим трудом их удалось наскрести на завершение гимназического курса. Выручила младшая сестра Тереза: она пожертвовала скопленным для нее приданым. На эти средства Мендель смог проучиться еще некоторое время на курсах по подготовке в университет. После этого средства семьи иссякли окончательно.
Выход предложил профессор математики Франц. Он посоветовал Менделю вступить в августинский монастырь города Брно. Его возглавлял в то время аббат Кирилл Напп — человек широких взглядов, поощрявший занятия наукой. В 1843 году Мендель поступил в этот монастырь и получил имя Грегор (при рождении ему было дано имя Иоганн). Через четыре года монастырь направил двадцатипятилетнего монаха Менделя учителем в среднюю школу. Затем с 1851 по 1853 года он изучал естественные науки, особенно физику, в Венском университете, после чего стал преподавателем физики и естествознания в реальном училище города Брно.
Его педагогическую деятельность, продолжавшуюся четырнадцать лет, высоко ценили и руководство училища, и ученики. По воспоминаниям последних,
С юности Грегор интересовался естествознанием. Будучи скорее любителем, чем профессиональным ученым-биологом, Мендель постоянно экспериментировал с различными растениями и пчелами. В 1856 году он начал классическую работу по гибридизации и анализу наследования признаков у гороха.
Мендель трудился в крохотном, менее двух с половиною соток гектара, монастырском садике. Он высевал горох на протяжении восьми лет, манипулируя двумя десятками разновидностей этого растения, различных по окраске цветков и по виду семян. Он проделал десять тысяч опытов.
Изучая форму семян у растений, полученных в результате скрещиваний, он ради уяснения закономерностей передачи лишь одного признака («гладкие — морщинистые») подверг анализу 7324 горошины. Каждое семя он рассматривал в лупу, сравнивая их форму и делая записи.
Мендель так сформулировал цель этой серии опытов: «Задачей опыта и было наблюдать эти изменения для каждой пары различающихся признаков и установить закон, по которому они переходят в следующих друг за другом поколениях. Поэтому опыт распадается на ряд отдельных экспериментов по числу наблюдаемых у опытных растений константно-различающихся признаков».
С опытов Менделя начался другой отсчет времени, главной отличительной чертой которого стал опять же введенный Менделем гибридологический анализ наследственности отдельных признаков родителей в потомстве Трудно сказать, что именно заставило естествоиспытателя обратиться к абстрактному мышлению, отвлечься от голых цифр и многочисленных экспериментов. Но именно оно позволило скромному преподавателю монастырской школы увидеть целостную картину исследования; увидеть ее лишь после того, как пришлось пренебречь десятыми и сотыми долями, обусловленными неизбежными статистическими вариациями. Только тогда буквенно «помеченные» исследователем альтернативные признаки открыли ему нечто сенсационное: определенные типы скрещивания в разном потомстве дают соотношение 3:1, 1:1, или 1:2:1.
Мендель обратился к работам своих предшественников за подтверждением мелькнувшей у него догадки. Те, кого исследователь почитал за авторитеты, пришли в разное время, и каждый по-своему, к общему заключению: гены могут обладать доминирующими (подавляющими) или рецессивными (подавляемыми) свойствами. А раз так, делает вывод Мендель, то комбинация неоднородных генов и дает то самое расщепление признаков, которое наблюдается в его собственных опытах. И в тех самых соотношениях, что были вычислены с помощью его статистического анализа. «Проверяя алгеброй гармонию» происходящих изменений в полученных поколениях гороха, ученый вводит буквенные обозначения. Он отмечает заглавной буквой доминантное, а строчной — рецессивное состояние одного и того же гена.
Перемножив комбинационные ряды. (А+2Аа+а)х(В-2ВЬ+Ь), Мендель находит все возможные типы сочетания.
«Ряд состоит, следовательно, из 9 членов, из которых 4 представлены в нем по одному разу каждый и константны в обоих признаках; формы АВ, ab схожи с исходными видами, обе другие представляют единственные, кроме них, возможные константные комбинации между соединившимися признаками А, а, В, Ь. Четыре члена встречаются по два раза каждый и в одном признаке константны, в другом — гибридны. Один член встречается 4 раза и является гибридным в обоих признаках… Этот ряд представляет собой бесспорно комбинационный ряд, в котором связаны почленно оба ряда развития для признаков А и а, В и Ь».
В результате Мендель приходит к следующим выводам: «Потомки гибридов, соединяющих в себе несколько существенно различных признаков, представляют собой членов комбинационного ряда, в котором соединены ряды развития каждой пары различающихся признаков. Этим одновременно доказывается, что поведение в гибридном соединении каждой пары различающихся признаков независимо от других различий у обоих исходных растений», и поэтому «константные признаки, которые встречаются у различных форм родственной растительной группы, могут вступить во все соединения, которые возможны по правилам комбинаций».