Законы природы

Мендель начал с того, что выписал от разных семенных фирм 34 сорта гороха. Но опыты начал не сразу. В течение двух лет он проверял полученные сорта на чистоту и, лишь когда убедился, что они дают совершенно однородное потомство, приступил к опытам. Однако и позже, в течение всех лет, что он работал на горохе, Мендель продолжал проверять исходные сорта на чистоту. Такой требовательности к чистоте подопытного материала у него могли бы поучиться и многие из современных экспериментаторов.

До сих пор в монастырском дворе в Брно бережно охраняются менделевские грядки, вернее, место, на котором они когда-то были. Это длинный участок земли вдоль монастырской стены размером 35 на 7 метров. Все садовые работы, связанные с опытами, не говоря о самих опытах, Мендель выполнял сам.

Опыты были трудны и кропотливы. Горох был выбран, в частности, потому, что у него совершенно исключено случайное перекрестное опыление. Благодаря своеобразной форме цветка тычинки и пестики плотно закрыты "лодочкой" и пыльники лопаются еще в бутоне. Рыльце покрывается собственной пыльцой еще до расцветания. Но эта же форма цветка создавала трудности и для экспериментатора. Мендель непрерывно наблюдал за своими питомцами и ловил момент, когда бутон уже готов к оплодотворению. Тогда он раскрывал бутон, удалял "лодочку" и осторожно тоненьким пинцетом вынимал одну тычинку за другой (не дай бог, задеть рыльце!). Затем наносил на рыльце чужую пыльцу. И такую процедуру приходилось повторять с каждым цветком. А их были сотни и тысячи.

Но вот закончен первый вегетационный сезон. Урожай собран, исследован и подсчитан. Во всех опытах получилась аналогичная картина. Мендель, например, скрещивал растения с круглыми и с морщинистыми семенами. А в их потомстве все семена оказались круглыми. Причем такой результат получался независимо от того, имело круглые семена материнское или отцовское растение. Стало быть, круглая форма полностью доминирует над морщинистой.

Но Мендель занимался не только формой семян, он исследовал семь пар признаков: окраску семядоль (желтая или зеленая), окраску кожуры (белая или цветная), форму боба, который часто неправильно называют стручком (ровный или с перехватами) и так далее. И во всех вариантах опытов получается тот же результат: один признак доминирует над другим, желтая окраска семядоль над зеленой, окрашенная кожура над белой... Это похоже на общую закономерность. Но Мендель еще много раз повторит опыты, прежде чем решится кому-нибудь рассказать о своих выводах.

Но вот наступает весна. Мендель высевает гибридные семена и больше ничего не делает: пускай самоопыляются. Впрочем, нет, он не сидит без дела. Он осматривает каждый цветок. Иногда попадаются уродцы, у которых рыльце выступает из лодочки. На такие пыльца может быть занесена и ветром. Их он безжалостно уничтожает. Нужно защитить питомцев и от вредителей. Здесь дело не только в заботе о сохранении урожая. Ведь какой-нибудь жучок, грызущий цветы, может на лапках перенести пыльцу с одного растения на другое. А это может испортить весь опыт. Все лето Мендель хлопотал возле своих грядок, но в опыление не вмешивался: у всех растений произошло самоопыление.

Наконец наступает долгожданный август - пора сбора урожая. Теперь можно подвести итоги. И удивительное дело: если в первом поколении все растения были совершенно однородными и проявляли только доминантные признаки, то во втором наблюдалось разнообразие. Растений с доминантными признаками было значительно больше, но и с противоположными признаками (их называют рецессивными) оказалось не так мало. Случайной ошибкой их появление объяснить было нельзя. И, что самое интересное, между доминантными и рецессивными признаками наблюдалось вполне определенное соотношение.

Вот что, например, получилось в опытах, где исходные растения отличались формой семян. Напомним, что гладкие семена - доминантный признак, а морщинистые - рецессивный, следовательно, в первом поколении все семена были гладкими. Во втором же поколении от 253 гибридов получили 7324 горошины. Из них гладких - 5474, а морщинистых - 1850. Гладких больше в 2,96 раза, то есть почти втрое.

Законы природы

В опыте, где изучалась окраска семядолей, доминантных желтых было 6022, а рецессивных зеленых - 2001. Отношение оказывается равным 3,01:1. И такая картина получается со всеми семью парами признаков. Во втором поколении происходит расщепление, причем всегда на один рецессивный признак приходится три доминантных.

Найдена еще одна закономерность. На следующий год опыты дают тот же результат. Мендель не только повторяет, но и продолжает начатое. Он смотрит, что получится после самоопыления в третьем поколении. И опять новая картина. При самоопылении растений с рецессивными признаками никакого расщепления не происходит: все потомство оказывается однородным. Нет расщепления и в дальнейшем, а Мендель проследил судьбу признаков вплоть до седьмого поколения. Что же касается растений с доминантными признаками, то они ведут себя неодинаково. Некоторые, как и растения с рецессивными признаками, далее не дают расщепления. А остальные, как и раньше, дают расщепление 1:3. И здесь тоже вполне определенное количественное соотношение: одна треть доминантов не расщепляется, а две трети - расщепляются.

Законы природы

Мендель приходит к выводу, что наблюдаемое расщепление 3:1 правильнее заменить отношением 2:1:1. Половина дает гибридные семена, четверть - доминантных нерасщепляющихся и четверть - рецессивных.

Законы природы

Вот и все. Явления наследственности уложились в несколько простых правил. Чтобы рассказать о них, нам понадобилось довольно много слов. Но на рисунке эти правила выглядят в виде очень простой схемы.

Это и есть знаменитые законы Менделя, как их позже назвал голландский ботаник Де Фриз.

Первый (закон однородности и реципрокности) говорит о том, что первое гибридное поколение оказывается полностью однородным. Не совсем понятное слово "реципрокность" (взаимность, обоюдность, эквивалентность) свидетельствует, что результат не зависит от того, является ли признак материнским или отцовским.

Второй закон (закон расщепления) относится ко второму поколению и касается уже известного нам расщепления в отношении 1:2:1.

Существует еще третий закон Менделя. Он говорит о тех случаях, когда родители отличаются друг от друга более чем одной парой признаков. Если мы скрестим сорт с гладкими желтыми семенами с сортом, у которого семена морщинистые и зеленые, то в первом поколении, конечно, все семена будут гладкие и желтые, поскольку эти признаки являются доминантными. Во втором же поколении после самоопыления будут наблюдаться все четыре возможные комбинации признаков. При этом обе пары признаков расщепляются совершенно независимо друг от друга, давая общее расщепление 9:3:3:1. В рассмотренном примере, следовательно, должно быть:

9 частей гладких и желтых, 
3 части гладких и зеленых, 
3 части морщинистых и желтых и
1 часть морщинистых зеленых.

Вам пока не совсем ясно, почему отношение 9:3:3:1 соответствует независимому расщеплению? Но в этом проще будет разобраться несколько позже. А пока скажем о последнем из законов Менделя.

Третий закон (закон независимой комбинации) относится к потомкам родителей, отличавшихся более чем одной парой признаков, и говорит о том, что признаки наследуются независимо друг от друга.

Если бы Мендель сделал только это, он и то вполне заслужил бы почести, которые ему теперь воздаются. Ведь это первые установленные наукой законы наследственности. Кроме того, это, пожалуй, первый случай установления в биологии количественных законов. Но Мендель сделал не только это, он сумел объяснить, почему признаки наследуются именно так.