Сказка о монахе Менделе, который нашёл великий закон на грядке с горохом
Ник. Горькавый
После окончания университета Мендель пытался получить диплом преподавателя, но два раза подряд проваливался на экзамене по биологии.
Другие научные сказки Ник. Горькавого печатались в журнале «Наука и жизнь» в 2010—2013 годах и в № 1, 2014 г. ("Сказка о вундеркинде Готфриде Лейбнице, придумавшем новую математику")
Жужжали пчёлы, деловито облетая цветы в поисках нектара. Цветы не возражали и даже, наоборот, старались привлечь крылатых тружеников сладким запахом и яркими красками. В ту пору летнее кипение белых, синих, красных, жёлтых цветов было настолько привычным зрелищем, что люди редко замечали это разноцветье. Тем более равнодушны к таким пустякам были крестьяне, которые работали с утра до вечера не меньше озабоченных пчёл.
Мальчик Иоганн Мендель тоже был из крестьян. Его семья уже 130 лет владела фермой в маленьком сельском городе Хейнцендорфе на территории нынешней Чехии. Здесь деды и прадеды Иоганна провели свою жизнь в неустанных трудах и заботах. Мальчик со своими сёстрами — младшей Терезой и старшей Вероникой — тоже работал целыми днями, ухаживая за садом и пчёлами. Но, в отличие от других, он не потерял способности удивляться окружающей его природе:
«Почему одни цветы — красные, а другие — белые? А васильки всегда синие? Откуда семечко знает, что оно должно дать синий, а не жёлтый цветок? А вот котята у кошки не всегда похожи на неё по цвету шерсти. Почему?»
— Действительно, почему? — спросила Галатея маму, читающую очередную сказку.
— Сейчас мы об этом поговорим, — ответила Дзинтара. — Но меня интересует вот что: почему рано или поздно среди тысяч обычных мальчиков и девочек появляется необычный подросток, который не только задаётся странными вопросами, но и готов потратить свою жизнь на поиски ответов на них? Именно такие люди открывают истины, которые никто до них не мог найти.
Иоганн закончил гимназию и стал мечтать об университете. Ферма семью кормила, но богатства не давала, поэтому денег на полный курс университета у Иоганна не было. В двадцать лет юноша ушёл в монахи, в католический монастырь города Брно. В монастыре были хорошая библиотека, сад и монастырская школа, которая нуждалась в преподавателях физики и биологии. Иоганн, принявший монашеское имя Грегор, впитывал знания как губка и хотел стать преподавателем. Талантливого юношу поддержал аббат Кирилл Напп (1792—1867), — он послал его на два года учиться в Венский университет за счёт монастыря. В университете учителями Менделя были известные учёные — ботаник-цитолог Франц Унгер и физик Кристиан Доплер.
После окончания университета Мендель пытался получить диплом преподавателя, но два раза подряд проваливался на экзамене по биологии.
— Почему? — изумилась Галатея. — Ведь он так любил и знал этот предмет!
— Детали этой истории неизвестны. Возможно, экзаменаторы были слишком консервативны или сказалось отсутствие у Менделя систематического образования. Так или иначе, Иоганн, которому к тому времени уже исполнилось 34 года, оказался в тупике: в преподаватели его не взяли, и официально заниматься наукой он не имел возможности.
И снова Менделю помог аббат Напп из монастыря в Брно. Пожилой аббат и молодой монах долго разговаривали, сидя на скамейке в монастырском саду, в окружении цветов и пчёл, — и этот разговор определил жизненный путь Менделя. Он вернулся в аббатство и приступил к самостоятельным занятиям наукой в монастырском саду. Этот сад площадью в два гектара и стал его главной исследовательской лабораторией. Мендель начал искать ответ на вопрос, который волновал его с детства: «Почему одни цветы — красные, а другие — белые?» Но сейчас его поставил перед собой не ребёнок, а зрелый исследователь, который понимал, что получить любой ответ от природы можно только с помощью тщательно подготовленного эксперимента.
Мендель выбрал для своих научных опытов горох — культуру, которая цветёт разными цветами. Важно было и то, что пчёлы, которые обычно переносят пыльцу с растения на растение, не мешали экспериментам: горох является самоопылителем. Иоганн посадил 34 сорта гороха и стал ждать результата. Он выделил семь признаков, которые хотел исследовать.
— Постой, мама, — перебила Галатея. — Что за признаки?
— Мендель хотел понять, как наследуются родительские признаки у потомства. Например, у человека можно выделить такой явный признак, как цвет глаз. Если у одного из родителей глаза голубые, а у другого — карие, какой цвет глаз будет у их ребёнка? Мендель хотел получить ответ на этот вопрос, только применительно не к людям, а к растениям.
—А разве у растений есть глаза? — спросила озадаченная Галатея.
— Нет, конечно. Но Мендель выделил семь явных признаков у гороха — красный или белый цветок, жёлтый или зелёный цвет горошины, гладкая или морщинистая кожура у семени и т.д.
Рассмотрим для примера один признак — красный или белый цветок. Мендель отобрал сорт гороха, который цветёт только красным цветом, и сорт гороха, дающий только белые цветы. Исследователь высаживал эти сорта на отдельных грядках, потом получал от взрослых растений семена и снова их высаживал. В течение трёх лет Мендель следил за своими грядками и убедился, что грядка с красными цветами всегда даёт горошины, которые снова прорастают только красными цветами. Грядка с белыми цветами также никогда не нарушала белизну своего цветения.
После этого Мендель приступил к гибридизации — скрещиванию растений с белыми и красными цветами.
— Как он это делал? — спросила любопытная Галатея.
— Он убирал пыльцу с красных цветков и переносил на них пыльцу с белых и, наоборот, убрав пыльцу с белых цветов, переносил на них пыльцу красных. Осенью исследователь собирал получившиеся горошины и высаживал их на следующий год. Мендель хотел посмотреть, каким цветом будет цвести получившийся гибрид — потомство двух чистокровных и отличающихся по цвету родителей. Каково же было его удивление, когда гибрид выпустил только красные цветки! Куда же делся белый цвет? Видимо, он проиграл по силе признака красному.
Это был важный результат. Мендель назвал красный цвет цветка гороха доминантным, то есть главенствующим признаком, а белый — рецессивным, то есть уступающим признаком. Мендель продолжил эксперимент: он скрещивал друг с другом уже гибриды — растения второго поколения, которые цвели только красным цветом, и снова высаживал получившиеся семена.
И снова сюрприз!
Третье поколение давало и красные и белые цветы. Мендель подсчитал число растений на грядке, цветущих красными и белыми цветами, — и их соотношение оказалось точно три к одному: количество растений с красными цветами составляло три четверти от общего количества гороховых стеблей на грядке, а растений с белыми цветами — одну четверть.
Мендель был поражён. Он долго анализировал результаты экспериментов, повторял их на других признаках, в том числе и на цвете и морщинистости горошины. Результат был всегда одинаков! Во втором поколении доминирующий признак всегда подавлял рецессивный, но в третьем поколении рецессивный признак снова проявлялся в каждом четвёртом цветке.
Почти тридцать тысяч растений гороха вырастил и изучил Мендель. Семь лет опытов и два года анализа результатов. Наконец, он получил отчётливую картину наследования признаков.
— Что за картина? — нетерпеливо спросила Галатея.
— Мендель понял, что в горохе должен быть парный элемент наследст-венности!
Чтобы разобраться, обозначим этот элемент для делянки, где из поколения в поколение растут только красные цветы, двумя буквами КК. Наследственный признак для грядки с белыми цветами обозначим буквами ББ. Когда скрещиваются растения с элементами КК и ББ, то каждый из них отдаёт половинку своего парного элемента наследственности и они смешиваются в потомстве, которое приобретает гибридный элемент КБ. В этом случае доминирующий признак К подавляет признак Б, и в результате появляется красный цветок. Если скрестить два гибрида КБ второго поколения друг с другом, то они снова отдадут потомству половину своего гена. В третьем поколении при встрече многих элементов К и Б могут возникнуть следующие пары: КК, ББ и КБ и БК.
— Постой, мама, я не понимаю! — заявила Галатея.
— Давайте проверим это сами, — сказала Дзинтара.
— Как? — удивился Андрей. — Горох быстро вырастим?
— А вот как… — и Дзинтара объяснила суть опыта.
Дети быстро нашли среди своих игрушек шарики красного и белого цвета и сложили их в два мешка — в каждом шарики только одного цвета. Мешок с красными шариками взял Андрей, с белыми — Галатея. Дзинтара сказала Андрею:
— Каждый мешок иллюстрирует грядку с чистокровными растениями. Мешок Андрея — грядка с красными цветами. А твой, — обратилась Дзинтара к дочери, — соответствует сорту гороха с белыми цветами. Давайте сделаем гибрид.
Дети засунули руки в мешки и вытащили по шарику. Получилась пара из красного и белого шариков.
— Красный и белый шарики — это и есть наследственная информация, которую гибрид КБ получил от своих родителей. Теперь сделайте таким же способом штук сорок гибридов, только разделите их на две условные «грядки».
Вскоре перед Галатеей и Андреем лежало по двадцать пар разноцветных шариков.
— Это две грядки растений второго поколения. Какого цвета у них будут цветы?
Галатея замялась, зато Андрей быстро сказал:
— Красные, потому что в каждом растении есть красный шарик… то есть наследственный элемент, который доминирует и подавляет белый элемент.
— Верно, теперь создадим гибрид следующего поколения. Каждое из растений может отдать половину своей информации. Возьмите в руку два шарика одного растения — красный и белый, но не смотрите на них. Покатайте их в руках и, не глядя, положите сюда один, случайно выбранный, шарик.
Дзинтара показала на пустое место перед собой.
— А оставшийся шарик бросьте в мешок: он нам не нужен.
Дети вытащили по красному шару. Дзинтара прокомментировала:
— Вот и первый росток гороха с набором КК. Следующий!
Следующим Андрей выложил белый шар, а Галатея — красный.
— Получился гибрид КБ, — кивнула Дзинтара и отодвинула разноцветную пару в сторону от одноцветной красной пары. Затем дети вытащили по белому шару.
— А это нечто новенькое! — обрадовалась Дзинтара и положила белую пару отдельно от других. — Мы получили растение с двумя рецессивными элементами ББ.
Тут уже Галатея опередила брата и, указав на получившуюся пару, закричала:
— У него будут белые цветы! А у первых двух — красные!
— Молодец! — похвалила Дзинтара дочь. — Продолжайте выращивать новые гибриды.
Дети быстро «вырастили» сорок цветков третьего поколения.
— А теперь подсчитаем, сколько и каких гибридов получилось, — предложила Дзинтара.
Оказалось, что на «грядке» появилось 11 красных пар, 11 белых и 18 разноцветных.
— Сколько будет растений с красными цветами, а сколько — с белыми?
Тут первым оказался Андрей:
— 11 с белыми и 29 с красными!
— Верно. Примерно четверть белых цветов и три четверти красных. У нас приближённо получилась четверть, потому что мы «вырастили» всего сорок условных растений. А Мендель выращивал многие тысячи реальных растений, и у него получилось соотношение 1 к 3 с большой точностью.
Закон, открытый Менделем, позволял заранее предсказывать свойства будущего потомства. Но самое главное: закон Менделя свидетельствовал, что в растении есть некий дискретный (изменяющийся) элемент наследственности, который может расщепляться и передаваться потомкам. Это было открытие века! Кроме того, Мендель доказал, что наследование идёт через пыльцу, то есть через половые клетки растений. Это тоже было важнейшим достижением. Например, великий Чарлз Дарвин (1809—1892) считал, что генетическая информация от родителей к детям передаётся через кровь. Выражение, что в чьих-то жилах течёт «голубая кровь» благородных предков, как раз и отражало убеждение, что кровь служит передатчиком наследственной информации.
Учёный Фрэнсис Гальтон, двоюродный брат Чарлза Дарвина, доказал, что это не так. Он переливал кровь чёрных кроликов белым и наблюдал за потомством белых кроликов с «чёрной кровью». В трёх поколениях таких кроликов не нашлось никакого нарушения белого (снежного) окраса.
В 1865 году, завершив многолетний труд, Мендель сделал доклад на собрании общества естествоиспытателей Брно. Тезисы доклада опубликовали в сборнике трудов общества, сборник поступил в 120 библиотек мира. Кроме того, Мендель получил 40 оттисков и разослал их видным учёным Европы.
К сожалению, наука середины XIX века не была готова к таким открытиям, как законы наследственности Менделя. Его работу практически проигнорировали. За последующие 35 лет на неё было сделано всего несколько ссылок. В середине ХХ века один из учёных ботаников, разбирая библиотеку своего отца, тоже известного ботаника, нашёл оттиск, присланный Менделем. Его даже не разрезали. Практически никто из учёных не ответил и на личные письма Менделя.
Известный биолог Карл Негели прислал Менделю надменное письмо, в котором предложил проверить результаты на других растениях.
— Значит, десяти лет труда и тридцати тысяч растений было для этого биолога недостаточно? — поразился Андрей.
— Негели и другие учёные не поняли всей силы законов Менделя и не сумели оценить значимость открытия им элемента наследственности у организмов. Негели много сделал в биологии, но все его толстые книги не перевешивают одной статьи Менделя про горох.
После смерти наставника Наппа, который всегда поддерживал его, Иоганн Мендель оставил биологию и стал аббатом. Однажды мощный торнадо уничтожил теплицы монастыря. Мендель заинтересовался этим природным явлением и занялся метеорологией. Он стал основателем Австрийского метео-рологического общества и в дальнейшем основную часть научных работ посвятил этой области науки.
На надгробии Менделя написано: «Моё время ещё придёт!» Так оно и случилось. Законы Менделя повторил спустя 35 лет Карл Корренс — ученик того самого профессора Негели. Он написал статью о законах Менделя и подтвердил их.
Законы Менделя стали основой новой науки — генетики. Она произвела настоящую революцию в умах учёных.
В России даже спустя сто лет после опытов Менделя с горохом кипели нешуточные споры вокруг его открытия. Биологи шли в тюрьму и даже на смерть за свои убеждения. Они отстаивали научную истину: родители передают свои гены детям, чем заметно определяют их физический облик и интеллектуальные качества. Но, согласно идеологии того времени, считалось, что можно перевоспитать любого человека, а генетическая заданность многих его качеств ей противоречила. Власти пытались бороться с законами Менделя даже с помощью насилия.
В конце концов неоспоримая ценность генетики и её законов стала всем понятна. Австрийский монах Мендель оказался в одном ряду с польским каноником Коперником — как по масштабу сделанных открытий, так и по непризнанию современниками их трудов. Это редкий случай, когда научное открытие второй половины XIX века было сделано в монастырских стенах. Наступивший вскоре ХХ век потребовал от учёных серьёзной профессиональной подготовки и современных научных приборов. Но во все времена наблюдательность, аккуратность в подготовке эксперимента и глубина анализа его результатов останутся главными инструментами учёного.
— Мама, а у нас в саду есть грядка с горохом? — вдруг спросила Галатея.
Статьи по теме
- Сказка о вундеркинде Готфриде Лейбнице, придумавшем новую математику
- Сказка о том, как человек обрёл книгу
- Сказка о том, как астрономы и часовщики спасали моряков
- Сказка о Б2ФХ, доказавших что мы — инопланетяне
Читайте в любое время
