Грегор Иоганн Мендель OSA ( / ˈ mɛ n d əl / ; чешский : Řehoř Jan Mendel ; [2] 20 июля 1822 [3] — 6 января 1884) был австрийско-чешским [4] биологом , метеорологом, [5] математиком, монахом -августинцем и настоятелем аббатства Святого Фомы в Брно (Брюнн), маркграфство Моравия . Мендель родился в немецкоязычной семье в Силезской части Австрийской империи (сегодня Чешская Республика ) и получил посмертное признание как основатель современной науки генетики . [6] Хотя фермеры на протяжении тысячелетий знали, что скрещивание животных и растений может способствовать получению определенных желаемых признаков , эксперименты Менделя с горохом , проведенные между 1856 и 1863 годами, установили многие правила наследственности , которые теперь называются законами наследования Менделя . [7]
Мендель работал с семью характеристиками растений гороха: высота растения, форма и цвет стручка, форма и цвет семян, а также положение и цвет цветка. Взяв в качестве примера цвет семян, Мендель показал, что при скрещивании чистопородного желтого горошка и чистопородного зеленого горошка их потомство всегда давало желтые семена. Однако в следующем поколении зеленые горошины снова появлялись в соотношении 1 зеленый к 3 желтым. Чтобы объяснить это явление, Мендель ввел термины « рецессивный » и « доминантный » в отношении определенных признаков. В предыдущем примере зеленый признак, который, по-видимому, исчез в первом дочернем поколении, является рецессивным, а желтый — доминантным. Он опубликовал свою работу в 1866 году, продемонстрировав действия невидимых «факторов» — теперь называемых генами — в предсказуемом определении признаков организма.
Глубокое значение работы Менделя не было признано до начала 20-го века (более трех десятилетий спустя) с повторным открытием его законов. Эрих фон Чермак , Гуго де Фриз и Карл Корренс независимо друг от друга проверили несколько экспериментальных открытий Менделя в 1900 году, положив начало современной эпохе генетики. [8] [9]
Мендель родился в немецкоязычной семье в Хайнцендорфе-бай-Одрау [ 2] в Силезии , Австрийская империя (ныне Гинчице в Чешской Республике ). [6] Он был сыном Антона и Розины (Швиртлих) Мендель и имел одну старшую сестру, Веронику, и одну младшую, Терезию. Они жили и работали на ферме, которая принадлежала семье Мендель по крайней мере 130 лет [10] (дом, где родился Мендель, сейчас является музеем, посвященным Менделю). [11] В детстве Мендель работал садовником и изучал пчеловодство . В молодости он посещал гимназию в Троппау ( чеш .: Опава ). Из-за болезни ему пришлось взять четырехмесячный отпуск во время учебы в гимназии. [12] С 1840 по 1843 год он изучал практическую и теоретическую философию и физику в Философском институте Оломоуцкого университета ( нем . Olmütz ), взяв еще один год отпуска из-за болезни. Он также испытывал финансовые трудности, чтобы оплатить свое обучение, и Терезия дала ему свое приданое. Позже он помогал содержать ее трех сыновей, двое из которых стали врачами. [13]
Он стал монахом отчасти потому, что это позволило ему получить образование, не платя за него самому. [14] Будучи сыном бедствующего фермера, монашеская жизнь, по его словам, избавила его от «постоянной тревоги о средствах к существованию». [15] Родившись Иоганном Менделем, он получил имя «Грегор» ( Řehoř на чешском языке) [2] , когда вступил в Орден Святого Августина . [16]
Когда Мендель поступил на философский факультет, кафедру естественной истории и сельского хозяйства возглавил Иоганн Карл Нестлер , который провел обширные исследования наследственных признаков растений и животных, особенно овец. По рекомендации своего учителя физики Фридриха Франца [17] Мендель поступил в августинский монастырь Святого Фомы в Брно и начал свое обучение на священника. Мендель работал заместителем учителя средней школы. В 1850 году он провалил устную часть экзаменов, последнюю из трех частей, чтобы стать сертифицированным учителем средней школы. В 1851 году его отправили в Венский университет учиться под покровительством аббата Кирилла Франтишека Наппа, чтобы он мог получить более формальное образование. [16] В Вене его профессором физики был Кристиан Допплер [18] . Мендель вернулся в свое аббатство в 1853 году в качестве учителя, в основном физики. В 1854 году он встретил Александра Завадского , который поощрял его исследования в Брно. В 1856 году он сдал экзамен на звание сертифицированного учителя и снова провалил устную часть. [19] В 1867 году он сменил Наппа на посту настоятеля монастыря. [20]
После того, как он был возведен в сан аббата в 1868 году, его научная работа в значительной степени прекратилась, поскольку Мендель был перегружен административными обязанностями, особенно спором с гражданским правительством по поводу его попытки ввести специальные налоги на религиозные учреждения. [21] Мендель умер 6 января 1884 года в возрасте 61 года в Брно [ 2] от хронического нефрита . Чешский композитор Леош Яначек играл на органе на его похоронах. [22] После его смерти следующий аббат сжег все бумаги в коллекции Менделя, чтобы отметить конец спорам о налогообложении. [23] Эксгумация тела Менделя в 2021 году предоставила некоторые физиогномические детали, такие как рост (168 см (66 дюймов)). Его геном был проанализирован , что показало, что Мендель был предрасположен к проблемам с сердцем. [24]
Мендель, известный как «отец современной генетики», решил изучать изменчивость растений в экспериментальном саду своего монастыря площадью 2 гектара (4,9 акра). [25] В разработке эксперимента Менделю помогал Александр Завадский, в то время как его настоятель Напп написал ему письмо, в котором отговаривал его, заявив, что епископ хихикал, когда ему сообщили подробную генеалогию гороха. [26]
После первоначальных экспериментов с растениями гороха Мендель остановился на изучении семи признаков, которые, казалось, наследовались независимо от других признаков: форма семян, цвет цветков, оттенок семенной оболочки, форма стручка, цвет незрелых стручков, расположение цветков и высота растения. Сначала он сосредоточился на форме семян, которая была либо угловатой, либо круглой. [27] Между 1856 и 1863 годами Мендель выращивал и тестировал около 28 000 растений, большинство из которых были растениями гороха ( Pisum sativum ). [28] [29] [30] Это исследование показало, что при скрещивании различных сортов методом чистопородного разведения друг с другом (например, высокие растения, оплодотворенные короткими растениями), во втором поколении одно из четырех растений гороха имело чистопородные рецессивные признаки , два из четырех были гибридами , а одно из четырех было чистопородным доминантным . Его эксперименты привели его к двум обобщениям: закону расщепления и закону независимого распределения , которые позже стали известны как законы наследования Менделя. [31]
Мендель представил свою статью Versuche über Pflanzenhybriden (« Эксперименты по гибридизации растений ») на двух заседаниях Общества естественной истории Брно в Моравии 8 февраля и 8 марта 1865 года. [32] Она вызвала несколько благоприятных отзывов в местных газетах, [30] но была проигнорирована научным сообществом. Когда статья Менделя была опубликована в 1866 году в Verhandlungen des naturforschenden Vereines in Brünn , [33] она рассматривалась как в основном о гибридизации, а не о наследовании, имела небольшое влияние и была процитирована всего около трех раз за следующие тридцать пять лет. Тогда его статья подверглась критике, но теперь считается основополагающей работой. [34] Примечательно, что Чарльз Дарвин не знал о статье Менделя, и предполагается, что если бы он знал о ней, генетика в том виде, в котором она существует сейчас, могла бы закрепиться гораздо раньше. [35] [36] Таким образом, научная биография Менделя представляет собой пример того, как малоизвестные, весьма оригинальные новаторы не получили того внимания, которого они заслуживают . [37]
Около сорока ученых прослушали две новаторские лекции Менделя, но, похоже, они не смогли понять значение его работы. Позже он также вел переписку с Карлом Нэгели , одним из ведущих биологов того времени, но Нэгели также не смог оценить открытия Менделя. Иногда Мендель, должно быть, сомневался в своей работе, но не всегда: «Мое время придет», — как сообщается, сказал он другу, [15] Густаву фон Нисслю. [38]
Во времена Менделя большинство биологов придерживались идеи, что все характеристики передаются следующему поколению посредством смешанного наследования (на самом деле, многие из них фактически так и есть), при котором признаки от каждого родителя усредняются. [39] [40] Случаи этого явления теперь объясняются действием множественных генов с количественными эффектами . Чарльз Дарвин безуспешно пытался объяснить наследование с помощью теории пангенезиса . Только в начале 20-го века важность идей Менделя была осознана. [30]
К 1900 году исследования, направленные на поиск успешной теории прерывистого наследования, а не смешанного наследования, привели к независимому дублированию его работы Гуго де Фрисом и Карлом Корренсом и повторному открытию трудов и законов Менделя. Оба признали приоритет Менделя, и считается вероятным, что де Фриз не понимал результаты, которые он нашел, пока не прочитал Менделя. [30] Хотя Эрих фон Чермак изначально также был признан повторным открытием, это больше не принимается, потому что он не понимал законов Менделя . [41] Хотя де Фриз позже потерял интерес к менделизму, другие биологи начали устанавливать современную генетику как науку. Все трое этих исследователей, каждый из разных стран, опубликовали свое повторное открытие работы Менделя в течение двух месяцев весной 1900 года. [42]
Результаты Менделя были быстро воспроизведены, и генетическая связь быстро выработалась. Биологи устремились к этой теории; хотя она еще не была применима ко многим явлениям, она стремилась дать генотипическое понимание наследственности, которого, по их мнению, не хватало в предыдущих исследованиях наследственности, которые были сосредоточены на фенотипических подходах. [43] Наиболее выдающимся из этих предыдущих подходов была биометрическая школа Карла Пирсона и У. Ф. Р. Уэлдона , которая в значительной степени основывалась на статистических исследованиях вариации фенотипа. Наиболее сильное противодействие этой школе исходило от Уильяма Бейтсона , который, возможно, сделал больше всего в первые дни распространения информации о преимуществах теории Менделя (слово « генетика » и большая часть другой терминологии дисциплины возникли у Бейтсона). Этот спор между биометристами и менделистами был чрезвычайно энергичным в первые два десятилетия 20-го века, причем биометристы заявляли о статистической и математической строгости, [44] тогда как менделистцы заявляли о лучшем понимании биологии. [45] [46] Современная генетика показывает, что менделевская наследственность на самом деле является по сути биологическим процессом, хотя не все гены экспериментов Менделя еще поняты. [47] [48]
В конечном итоге, эти два подхода были объединены, особенно в работе, проведенной Р. А. Фишером еще в 1918 году. Объединение в 1930-х и 1940-х годах менделевской генетики с теорией естественного отбора Дарвина привело к современному синтезу эволюционной биологии . [49] [50]
В Советском Союзе и Китае менделевская генетика была отвергнута в пользу ламаркизма , что привело к тюремному заключению и даже казни менделевских генетиков (см. Лысенкоизм ).
Мендель начал свои исследования наследственности, используя мышей. Он был в аббатстве Святого Фомы, но его епископу не понравилось, что один из его монахов изучал пол животных, поэтому Мендель переключился на растения. [51] [ оспаривается – обсудить ] Мендель также разводил пчел в пчелином домике, который был построен для него, используя пчелиные ульи , которые он спроектировал. [52] [53] Он также изучал астрономию и метеорологию , [20] основав «Австрийское метеорологическое общество» в 1865 году. [18] Большинство его опубликованных работ были связаны с метеорологией. [18]
Мендель также экспериментировал с ястребиной ( Hieracium ) [54] и медоносными пчелами . Он опубликовал отчет о своей работе с ястребиной, [55] группой растений, представлявших большой интерес для ученых в то время из-за их разнообразия. Однако результаты исследования Менделя наследования ястребиной были непохожи на результаты для гороха; первое поколение было очень изменчивым, и многие из их потомков были идентичны материнскому родителю. В своей переписке с Карлом Нэгели он обсуждал свои результаты, но не смог их объяснить. [54] До конца девятнадцатого века не было признано, что многие виды ястребиной были апомиктичными , производя большую часть своих семян посредством бесполого процесса. [38] [56]
Ни один из его результатов по пчелам не сохранился, за исключением мимолетного упоминания в отчетах Моравского пчеловодческого общества. [57] Все, что известно определенно, это то, что он использовал кипрских и краинских пчел, [58] которые были особенно агрессивны, раздражая других монахов и посетителей монастыря, так что его попросили избавиться от них. [59] Мендель, с другой стороны, любил своих пчел и называл их «мои самые милые маленькие животные». [60]
Он также описал новые виды растений , и они обозначены аббревиатурой ботанического автора «Мендель». [61]
В 1936 году Рональд Фишер , выдающийся статистик и популяционный генетик, реконструировал эксперименты Менделя, проанализировал результаты, полученные во втором дочернем поколении F 2 и обнаружил, что соотношение доминантных и рецессивных фенотипов (например, желтый горошек против зеленого; круглый горошек против морщинистого) неправдоподобно и последовательно слишком близко к ожидаемому соотношению 3 к 1. [62] [63] [64] Фишер утверждал, что «данные большинства, если не всех, экспериментов были сфальсифицированы, чтобы близко соответствовать ожиданиям Менделя». [62] Предполагаемые наблюдения Менделя, по словам Фишера, были «отвратительными», «шокирующими» [65] и «приготовленными». [66]
Другие ученые согласны с Фишером, что различные наблюдения Менделя неприятно близки к ожиданиям Менделя. AWF Edwards [67] , например, замечает: «Можно аплодировать удачливому игроку; но когда ему снова везет завтра, и на следующий день, и послезавтра, можно стать немного подозрительным». Три других ряда доказательств также подтверждают утверждение, что результаты Менделя действительно слишком хороши, чтобы быть правдой. [68]
Анализ Фишера породил парадокс Менделя : данные, представленные Менделем, статистически слишком хороши, чтобы быть правдой, однако «все, что мы знаем о Менделе, предполагает, что он вряд ли был причастен к преднамеренному мошенничеству или неосознанной корректировке своих наблюдений». [68] Несколько авторов пытались разрешить этот парадокс.
Одна из попыток объяснения ссылается на предвзятость подтверждения . [69] Фишер обвинил эксперименты Менделя в том, что они «сильно предвзяты в направлении согласия с ожиданием [...], чтобы дать теории преимущество сомнения». [62] В статье 2004 года Дж. В. Портеус пришел к выводу, что наблюдения Менделя были действительно неправдоподобными. [70] Было предложено объяснение результатов Менделя, основанное на тетрадной пыльце, но воспроизведение экспериментов не показало никаких доказательств того, что модель тетрадной пыльцы объясняет какую-либо предвзятость. [71]
Другая попытка [68] разрешить парадокс Менделя отмечает, что иногда может возникнуть конфликт между моральным императивом непредвзятого изложения фактических наблюдений и еще более важным императивом продвижения научных знаний. Мендель мог чувствовать себя вынужденным «упростить свои данные, чтобы ответить на реальные или пугающие редакционные возражения». [67] Такое действие могло быть оправдано по моральным соображениям (и, следовательно, обеспечить разрешение парадокса Менделя), поскольку альтернатива — отказ подчиниться — могла бы помешать росту научных знаний. Аналогично, как и многие другие малоизвестные новаторы науки, [37] Мендель, малоизвестный новатор из рабочего класса, должен был «прорваться сквозь когнитивные парадигмы и социальные предрассудки» своей аудитории. [67] Если такой прорыв «можно было бы лучше всего достичь, намеренно исключив некоторые наблюдения из своего отчета и скорректировав другие, чтобы сделать их более приемлемыми для своей аудитории, такие действия могли бы быть оправданы по моральным соображениям». [68]
Дэниел Л. Хартл и Дэниел Дж. Фэрбенкс полностью отвергают статистический аргумент Фишера, предполагая, что Фишер неправильно интерпретировал эксперименты Менделя. Они считают вероятным, что Мендель набрал более десяти потомков и что результаты соответствовали ожиданиям. Они заключают: «Утверждение Фишера о преднамеренной фальсификации может быть наконец-то опровергнуто, поскольку при более тщательном анализе оно оказалось неподтвержденным убедительными доказательствами». [65] [72] В 2008 году Хартл и Фэрбенкс (совместно с Алланом Франклином и А. В. Ф. Эдвардсом) написали всеобъемлющую книгу, в которой пришли к выводу, что нет никаких оснований утверждать, что Мендель сфабриковал свои результаты, и что Фишер намеренно пытался приуменьшить наследие Менделя. [73] Переоценка статистического анализа Фишера, по мнению этих авторов, также опровергает представление о предвзятости подтверждения в результатах Менделя. [74] [75]
Гора Мендель в хребте Папароа в Новой Зеландии была названа в его честь в 1970 году Департаментом научных и промышленных исследований . [76] В ознаменование его 200-летия тело Менделя было эксгумировано, а его ДНК секвенирована. [77]
заключение следует отметить, что критика Фишером данных Менделя — что Мендель получал данные, слишком близкие к ложным ожиданиям в двух наборах экспериментов, включающих определение коэффициентов расщепления — несомненно, необоснованна.