100 великих научных открытий

Коллектив авторов

Единицу наследственности ученый назвал фактором (спустя десятилетия этот термин получил название «ген»). Признак, проявляющийся у гибридов первого поколения, обозначил доминантным, а тот, что подавляется, – рецессивным. Как оказалось, сочетание этих признаков дает предсказуемые схемы наследственности.

Далее ученый установил, что во втором поколении у 75 % особей проявляется доминантный признак, а у 25 % – рецессивный (расщепление 3:1). Эта закономерность получила название второго закона Менделя, или закона расщепления.

Третий же закон – независимого наследования признаков – был сформулирован

в результате скрещивания растений, которые отличались уже и по цвету, и по текстуре семян. Первая чистая линия гороха имела желтые и гладкие семена, а вторая – зеленые и сморщенные. В итоге гибриды первого поколения получились желтыми и гладкими, а во втором, как и полагается, произошло расщепление: помимо желтых гладких и зеленых морщинистых семян образовались желтые сморщенные и зеленые гладкие варианты – произошла перекомбинация признаков. Следовательно, при дигибридном скрещивании расщепление по каждой паре признаков происходит независимо от других свойств. Это и есть третий закон Менделя.

В самом конце эксперимента ученый предположил, что открытые им законы распространяются на все живое, ибо «единство плана развития органической жизни стоит вне сомнения».

За восемь лет Мендель вырастил и скрестил гибриды 30 000 растений, обследовал 20 000 их потомков, проделал 10 000 опытов и рассмотрел в лупу более 7000 горошин. В ходе экспериментов он разработал метод дискретного анализа наследования признаков и заложил научные основы генетики, открыв следующие явления:

1. Каждый наследственный признак определяется отдельным наследственным фактором, задатком, геном.

2. Гены сохраняются в чистом виде в ряде поколений, не утрачивая своей индивидуальности, а значит, ген относительно постоянен.

3. Оба пола в равной мере участвуют в передаче своих наследственных свойств потомству.

4. Гены способны удваиваться. Это наблюдение стало предпосылкой к открытию мейоза – процесса, в результате которого из одной материнской клетки с двойной ДНК образуются четыре одноцепочечные дочерние клетки.

5. Наследственные задатки являются парными: один – материнский, другой – отцовский; один из них может быть доминантным, другой – рецессивным. Это положение соответствует принципу аллелизма: ген представлен минимум двумя аллелями (формами).

Мендель рассказал о своем открытии 8 марта 1865 г., выступив перед Брюннским обществом естествоиспытателей. Первый в истории доклад о генетике был воспринят более чем прохладно – Грегору не задали ни одного вопроса. Через год его статья «Опыты над растительными гибридами» была напечатана и разослана в 120 университетских библиотек. Кроме того, ученый дополнительно заказал 40 оттисков своей работы и отправил известным ботаникам. Откликов не последовало… Такое непонимание ученый прокомментировал смиренно, как и подобает слуге Божьему: «Мое время еще придет».

В течение шести лет он читал лекции о своих исследованиях, но ни один из слушателей не понял смысла его теории. Никто не подозревал, что имеет дело с работой, которая на заре ХХ в. станет основой целой научной отрасли – генетики.

В начале 1880-х немец Вальтер Флемминг с помощью хроматины (окрашивающего состава) обнаружил внутри клеточного ядра нитеобразные хромосомы и пронаблюдал деление клетки (митоз), в процессе которого

каждая хромосома производит свою копию. Продолжив эти исследования, бельгиец Эдуард ван Бенеден доказал постоянство набора хромосом у каждого вида животных и растений: 46 (23 пары) у человека, 20 (10 пар) – у кукурузы, 12 (6 пар) – у мухи, 8 (4 пары) – у дрозофилы. Каждая пара хромосом состоит из материнской и отцовской «нити», и при формировании половых клеток – яйцеклетки и сперматозоида – хромосомы разделяются, не удваиваясь (иначе каждый индивид имел бы двойной набор хромосом).

Узнав об этом открытии, американец Уолтер Саттон (1876— 1916) заметил, что хромосомы выглядят как наследственные факторы Менделя. У каждой клетки есть фиксированное число пар хромосом, и каждая хромосома способна передавать наследственные признаки от одной клетки другой. Новый организм образуется от слияния яйцевой материнской клетки и сперматозоида с отцовским набором хромосом. Эти сочетания дают возможность каждому поколению усилить некоторые рецессивные черты и ослабить доминантные. Разные комбинации приводят к изменениям свойств, используемых затем в процессе естественного отбора.

Против хромосомной теории выступил У. Бэтсон, считавший, что эволюция состоит не в изменениях генов под влиянием внешней среды, а лишь в выпадении генов, в накоплении генетических утрат. Однако в 1900 г. законы Менделя были доказаны независимо сразу тремя учеными: Г. де Фризом в Голландии, К. Корренсом в Германии и Э. Чермаком в Австрии. За последующие 30 лет учение о наследственности обогатилось колоссальным экспериментальным и теоретическим материалом.

В ХХ в. законы Менделя стали основой для развития биоинформатики и эволюционной генетики, были сделаны многие новые открытия. А генетика стала самой динамичной отраслью естественных наук. Именно поэтому ХХI столетие называют веком Менделя, что и является наивысшим признанием гения ученого.

ДНК и РНК

Во второй половине XIX в. биология была совсем молодой наукой. Ученые только приступали к исследованию клетки, а представления о наследственности, сформулированные Г. Менделем, не получили широкого признания.

Весной 1868 г. молодой швейцарский врач Фридрих Мишер приехал в университет немецкого города Тюбинген, чтобы заняться научной работой и узнать, из каких веществ состоит клетка. Экспериментируя с лейкоцитами, которые легко добываются из гноя, Фридрих отделил ядро от протоплазмы, белков и жиров и обнаружил соединение с большим содержанием фосфора. Эту молекулу он назвал нуклеином – от латинского «нуклеус» (ядро).

Открытое соединение проявляло кислотные свойства, поэтому возник термин «нуклеиновая кислота», а приставка «дезоксирибо-» призвана была сообщать, что молекула содержит водородные группы и сахара. Впоследствии ученые выяснили, что на самом деле это соль, но название решили не менять.

Вскоре стало известно, что нуклеин содержится в хромосомах – компактных структурах, которые возникают в делящихся клетках, – и представляет собой полимер (то есть очень длинную гибкую молекулу из повторяющихся звеньев), каждое звено которого сложено четырьмя азотистыми основаниями: аденином, тимином, гуанином и цитозином.