Реферат: Мендель Грегор Иоганн
Австрийскийсвященник и ботаник Грегор Иоганн Мендель заложил основы такой науки, какгенетика. Он математически вывел законы генетики, которые называются сейчас егоименем.
ИоганнМендель родился 22 июля 1822 года в Хайзендорфе, Австрия. Ещё в детстве онначал проявлять интерес к изучению растений и окружающей среды. После двух летучебы в Институте Философии в Ольмютце Мендель решил уйти в монастырь в Брюнне.Это произошло в 1843 году. При обряде пострижения в монахи ему было дано имяГрегор. Уже в 1847 году он стал священником.
Жизньсвященнослужителя состоит не только из молитв. Мендель успевал много временипосвящать учебе и науке. В 1850 году он решил сдать экзамены на диплом учителя,однако провалился, получив «два» по биологии и геологии. 1851-1853годы Мендель провел в Университете Вены, где изучал физику, химию, зоологию,ботанику и математику. По возвращении в Брюнн отец Грегор начал все-такипреподавать в школе, хотя так никогда и не сдал экзамен на диплом учителя. В1868 году Иоганн Мендель стал аббатом.
Своиэксперименты, которые, в конце концов, привели к сенсационному открытию законовгенетики, Мендель проводил в своем маленьком приходском саду с 1856 года. Надоотметить, что окружение святого отца способствовало научным изысканиям. Дело втом, что некоторые его друзья имели очень хорошее образование в областиестествознания. Они часто посещали различные научные семинары, в которыхучаствовал и Мендель. Кроме того, монастырь имел весьма богатую библиотеку,завсегдатаем которой был, естественно, Мендель. Его очень воодушевила книгаДарвина «Происхождение видов», но доподлинно известно, что опытыМенделя начались задолго до публикации этой работы.
8февраля и 8 марта 1865 году Грегор (Иоганн) Мендель выступал на заседанияхОбщества Естествознания в Брюнне, где рассказал о своих необычных открытиях внеизвестной пока области (которая позже станет называться генетикой). ОпытыГрегор Мендель ставил на простых горошинах, однако, позже спектр объектовэксперимента был значительно расширен. В результате, Мендель пришел к выводу,что различные свойства конкретного растения или животного появляются не простоиз воздуха, а зависят от «родителей». Информация об этихнаследственных свойствах передается через гены (термин, введенный Менделем, откоторого произошел термин «генетика»). Уже в 1866 году вышла книгаМенделя «Versuche uber Pflanzenhybriden» («Эксперименты срастительными гибридами»). Однако современники не оценили революционностьоткрытий скромного священника из Брюнна.
Научныеизыскания Менделя не отвлекали его от повседневных обязанностей. В 1868 году онстал аббатом, наставником целого монастыря. В этой должности он отличноотстаивал интересы церкви в целом и монастыря Брюнна, в частности. Ему хорошоудавалось избегать конфликтов с властями и уходить от избыточногоналогообложения. Его очень любили прихожане и ученики, молодые монахи.
6января 1884 года отца Грегора (Иоганна Менделя) не стало. Он похоронен в родномБрюнне. Слава как ученого пришла к Менделю уже после смерти, когда подобные егоэкспериментам опыты в 1900 году были независимо проведены тремя европейскимиботаниками, которые пришли к аналогичным с Менделем результатам.
Грегор Мендель- учитель или монах?
СудьбаМенделя после Богословского института уже устроена. Рукоположенный в священникидвадцатисемилетний каноник получил превосходный приход в Старом Брюнне. Он ужецелый год готовится сдавать экзамены на степень доктора богословия, когда в егожизни происходят серьезные изменения. Георг Мендель решает довольно резкоизменить свою судьбу и отказывается от несения религиозной службы. Он хотел быизучать природу и ради этой своей страсти решает занять место в Цнаймскойгимназии, где к этому времени открывается 7 класс. Он испрашивает место“супплента-профессора”.
ВРоссии “профессор”- звание чисто университетское, а в Австрии и Германии таквеличали даже наставника первоклашек. Гимназический суплент — это скорее, можноперевести как “заурядный учитель”, “помощник учителя”. Это мог быть человек,прекрасно владеющий предметом, но так как он не имел диплома, принимали его наработу скорее временно.
Сохранилсяи документ, поясняющий столь необычное решение пастора Менделя. Это официальноеписьмо епископу графу Шафготчу от настоятеля монастыря Святого Томаша прелатаНаппа.” Ваше Милостивое Епископское Преосвященство! ВысокийИмператорско-Королевский Земельный Президиум декретом от 28 сентября 1849 годаза № Z 35338 почел за благо назначить каноника Грегора Менделя супплентом в Цнаймскуюгимназию. “… Оный каноник образ жизни имеет богобоязненный, воздержанием идобродетельным поведением, его сану полностью соответствующим, сочетающимся сбольшой преданностью наукам… К попечению же о душах мирян он, однако,пригоден несколько менее, ибо стоит ему очутиться у одра больного, как от видастраданий он бывает, охватываем непреодолимым смятением и сам от сегостановится опасно больным, что и побуждает меня сложить с него обязанностидуховника “.
Итак,осенью 1849 года каноник и супплент Мендель прибывает в Цнайм, дабы приступитьк новым обязанностям. Мендель получает на 40 процентов меньше своих коллег,имевших дипломы. Он пользуется уважением у своих коллег, его любят ученики.Однако преподает он в гимназии не предметы естественнонаучного цикла, аклассическую литературу, древние языки и математику. Нужен диплом. Это позволитпреподавать ботанику и физику, минералогию и естественную историю. К дипломубыло 2 пути. Один — окончить университет, другой путь — более краткий — сдать вВене перед специальной комиссией императорского министерства культов ипросвещения экзамены на право преподавать такие-то предметы в таких-то классах.
Законы Менделя
Цитологическиеосновы законов Менделя базируются на:
•парности хромосом (парности генов, обусловливающих возможность развитиякакого-либо признака)
•особенностях мейоза (процессах, происходящих в мейозе, которые обеспечиваютнезависимое расхождение хромосом с находящимися на них генами к разным плюсамклетки, а затем и в разные гаметы)
•особенностях процесса оплодотворения (случайного комбинирования хромосом,несущих по одному гену из каждой аллельной пары)
Научный метод Менделя
Основныезакономерности передачи наследственных признаков от родителей к потомкам былиустановлены Г. Менделем во второй половине XIX в. Он скрещивал растения гороха,различающиеся по отдельным признакам, и на основе полученных результатовобосновал идею о существовании наследственных задатков, ответственных запроявление признаков. В своих работах Мендель применил метод гибридологическогоанализа, ставший универсальным в изучении закономерностей наследованияпризнаков у растений, животных и человека.
Вотличие от своих предшественников, пытавшихся проследить наследование многихпризнаков организма в совокупности, Мендель исследовал это сложное явлениеаналитически. Он наблюдал наследование всего лишь одной пары или небольшогочисла альтернативных (взаимоисключающих) пар признаков у сортов садовогогороха, а именно: белые и красные цветки; низкий и высокий рост; желтые и зеленые,гладкие и морщинистые семена гороха и т. п. Такие контрастные признакиназываются аллелями, а термин “аллель” и “ген” употребляют как синонимы.
Дляскрещиваний Мендель использовал чистые линии, т. е. потомство одногосамоопыляющегося растения, в котором сохраняется сходная совокупность генов.Каждая из этих линий не давала расщепления признаков. Существенным в методикегибридологического анализа было и то, что Мендель впервые точно подсчитал числопотомков — гибридов с разными признаками, т. е. математически обработалполученные результаты и ввел для записи различных вариантов скрещиванияпринятую в математике символику: А, В, С, D и т. д. Этими буквами он обозначалсоответствующие наследственные факторы.
Всовременной генетике приняты следующие условные обозначения при скрещивании:родительские формы — Р; полученные от скрещивания гибриды первого поколения —F1; гибриды второго поколения — F2, третьего — F3 и т. д. Само скрещивание двухособей обозначают знаком х (например: АА х aа).
Измножества разнообразных признаков скрещиваемых растений гороха в первом опытеМендель учитывал наследование лишь одной пары: желтые и зеленые семена, красныеи белые цветки и т. д. Такое скрещивание называется моногибридным. Еслипрослеживают наследование двух пар признаков, например желтые гладкие семенагороха одного сорта и зеленые морщинистые другого, то скрещивание называютдигибридным. Если же учитывают три и большее число пар признаков, скрещиваниеназывают полигибридным.
Закономерности наследования признаков
Аллели- обозначают буквами латинского алфавита, при этом одни признаки Мендель назвалдоминирующими (преобладающими) и обозначил их заглавными буквами — А, В, С и т.д., другие — рецессивными (уступающими, подавляемыми), которые обозначилстрочными буквами — а, в, с и т. д. Поскольку каждая хромосома (носительаллелей или генов) содержит лишь одну из двух аллелей, а гомологичные хромосомывсегда парные (одна отцовская, другая материнская), в диплоидных клетках всегдаесть пара аллелей: АА, аа, Аа, ВВ, bb. Bb и т. д. Особи и их клетки, имеющие всвоих гомологичных хромосомах пару одинаковых аллелей (АА или аа), называютсягомозиготными. Они могут образовывать только один тип половых клеток: либогаметы с аллелью А, либо гаметы с аллелью а. Особи, у которых в гомологичныххромосомах их клеток имеются и доминантный, и рецессивный гены Аа, называютсягетерозиготными; при созревании половых клеток они образуют гаметы двух типов:гаметы с аллелем А и гаметы с аллелем а. У гетерозиготных организмовдоминантная аллель А, проявляющаяся фенотипически, находится в одной хромосоме,а рецессивная аллель а, подавляемая доминантом, — в соответствующем участке(локусе) другой гомологичной хромосомы. В случае гомозиготности каждая из парыаллелей отражает либо доминантное (АА), либо рецессивное (аа) состояние генов,которые в обоих случаях проявят свое действие. Понятие о доминантных ирецессивных наследственных факторах, впервые примененное Менделем, прочноутвердилось в современной генетике. Позже были введены понятия генотип ифенотип. Генотип — совокупность всех генов, которые имеются у данногоорганизма. Фенотип — совокупность всех признаков и свойств организма, которыевыявляются в процессе индивидуального развития выданных условиях. Понятиефенотип распространяется на любые признаки организма: особенности внешнегостроения, физиологических процессов, поведения и т. д. Фенотипическоепроявление признаков всегда реализуется на основе взаимодействия генотипа скомплексом факторов внутренней и внешней среды.
Три закона Менделя
Г.Мендель сформулировал на основе анализа результатов моногибридного скрещиванияи назвал их правилами (позже они стали называться законами). Как оказалось, прискрещивании растений двух чистых линий гороха с желтыми и зелеными семенами впервом поколении (F1) все гибридные семена имели желтый цвет. Следовательно,признак желтой окраски семян был доминирующим. В буквенном выражении этозаписывается так: Р АА х аа; все гаметы одного родителя А, А, другого — а, а,возможное сочетание этих гамет в зиготах равно четырем: Аа, Аа, Аа, Аа, т. е. увсех гибридов F1 наблюдается полное преобладание одного признака над другим —все семена при этом желтого цвета. Аналогичные результаты получены Менделем ипри анализе наследования других шести пар изученных признаков. Исходя из этого,Мендель сформулировал правило доминирования, или первый закон: примоногибридном скрещивании все потомство в первом поколении характеризуетсяединообразием по фенотипу и генотипу — цвет семян желтый, сочетание аллелей увсех гибридов Аа. Эта закономерность подтверждается и для тех случаев, когданет полного доминирования: например, при скрещивании растения ночной красавицы,имеющего красные цветки (АА), с растением, имеющим белые цветки (аа), у всехгибридов fi (Аа) цветки оказываются не красными, а розовыми — их окраска имеетпромежуточный цвет, но единообразие полностью сохраняется. После работ Менделяпромежуточный характер наследования у гибридов F1 был выявлен не только урастений, но и у животных, поэтому закон доминирования—первый законМенделя—принято называть также законом единообразия гибридов первого поколения.Из семян, полученных от гибридов F1, Мендель выращивал растения, которые либоскрещивал между собой, либо давал им возможность самоопыляться. Среди потомковF2, выявилось расщепление: во втором поколении оказались как желтые, так изеленые семена. Всего Мендель получил в своих опытах 6022 желтых и 2001 зеленыхсемян, их численное соотношение примерно 3:1. Такие же численные соотношениябыли получены и по другим шести парам изученных Менделем признаков растенийгороха. В итоге второй закон Менделя формулируется так: при скрещиваниигибридов первого поколения их потомство дает расщепление в соотношении 3:1 приполном доминировании и в соотношении 1:2:1 при промежуточном наследовании(неполное доминирование). Схема этого, опыта в буквенном выражении выглядиттак: Р Аа х Аа, их гаметы А и я, возможное сочетание гамет равно четырем: АА,2Аа, аа, т. е. 75% всех семян в F2 имея один или два доминантных аллеля,обладали желтой окраской и 25 % — зеленой. Факт появления в рецессивныхпризнаков (оба аллеля у них рецессивны-аа) свидетельствует о том, что этипризнаки, так же как контролирующие их гены, не исчезают, не смешиваются сдоминантными признаками в гибридном организма, их активность подавленадействием доминантных генов. Если же в организме присутствуют оба рецессивныхпо данному признаку гена, то их действие не подавляется, и они проявляют себя вфенотипе. Генотип гибридов в F2 имеет соотношение 1:2:1.
Припоследующих скрещиваниях потомство F2 ведет себя по-разному: 1) из 75% растенийс доминантными признаками (с генотипами АА и Аа) 50% гетерозиготны (Аа) ипоэтому в Fз они дадут расщепление 3:1, 2) 25% растений гомозиготны подоминантному признаку (АА) и при самоопылении в Fз не дают расщепления; 3) 25%семян гомозиготны по рецессивному признаку (аа), имеют зеленую окраску и присамоопылении в F3 не дают расщепления признаков.
Дляобъяснения существа явлений единообразия гибридов первого поколения ирасщепления признаков у гибридов второго поколения Мендель выдвинул гипотезучистоты гамет: всякий гетерозиготный гибрид (Аа, Bb и т. д.) формирует “чистые”гаметы, несущие только одну аллель: либо А, либо а, что впоследствии полностьюподтвердилось и в цитологических исследованиях. Как известно, при созреванииполовых клеток у гетерозигот гомологичные хромосомы окажутся в разных гаметахи, следовательно, в гаметах будет по одному гену из каждой пары.
Анализирующеескрещивание используется для выяснения гетерозиготности гибрида по той или инойпаре признаков. При этом гибрид первого поколения скрещивается с родителем,гомозиготным по рецессивному гену (аа). Такое скрещивание необходимо потому,что в большинстве случаев гомозиготные особи (АА) фенотипически не отличаютсяот гетерозиготных (Аа) (семена гороха от АА и Аа имеют желтый цвет). Между темв практике выведения новых пород животных и сортов растений гетерозиготныеособи в качестве исходных не годятся, так как при скрещивании их потомство дастрасщепление. Необходимы только гомозиготные особи. Схему анализирующегоскрещивания в буквенном выражении можно показать двумя вариантами:
гибриднаяособь гетерозиготная (Аа), фенотипически неотличимая от гомозиготной,скрещивается с гомозиготной рецессивной особью (аа): Р Аа х аа: их гаметы — А,а и а, а, распределение в F1: Аа, Аа, аа, аа, т. е. в потомстве наблюдаетсярасщепление 2:2 или 1:1, подтверждающее гетерозиготность испытуемой особи;
гибриднаяособь гомозиготна по доминантным признакам (АА): Р АА х аа; их гаметы А A и а,а; в потомстве F1 расщепления не происходит
Цельдигибридного скрещивания — проследить наследование двух пар признаководновременно. При этом скрещивании Мендель установил еще одну важнуюзакономерность: независимое расхождение аллелей и свободное, или независимое, ихкомбинирование, впоследствии названное третьим законом Менделя. Исходнымматериалом были сорта гороха с желтыми гладкими семенами (ААВВ) и зеленымиморщинистыми (аавв); первые доминантные, вторые рецессивные. Гибридные растенияиз f1 сохраняли единообразие: имели желтые гладкие семена, былигетерозиготными, их генотип — АаВв. Каждое из этих растений в мейозе образуетгаметы четырех типов: АВ, Ав, аВ, аа. Для определения сочетаний этих типовгамет и учета результатов расщепления теперь пользуются решеткой Пеннета. Приэтом генотипы гамет одного родителя располагают над решеткой по горизонтали, агенотипы гамет другого родителя — у левого края решетки по вертикали (рис. 20).Четыре сочетания того и другого типа гамет в F2 могут дать 16 вариантов зигот,анализ которых подтверждает случайное комбинирование генотипов каждой из гаметтого и другого родителя, дающее расщепление признаков по фенотипу в соотношении9:3:3:1.
Важноподчеркнуть, что при этом выявились не только признаки родительских форм, но иновые комбинации: желтые морщинистые (ААвв) и зеленые гладкие {aaBB). Желтыегладкие семена гороха фенотипически подобны потомкам первого поколения отдигибридного скрещивания, но их генотип может иметь различные варианты: ААВВ,АаВВ, ААВв, АаВв; новыми сочетаниями генотипов оказались фенотипически зеленыегладкие — ааВВ, ааВв и фенотипически желтые морщинистые — ААвв, Аавв;фенотипически зеленые морщинистые имеют единственный генотип аавв. В этомскрещивании форма семян наследуется независимо от их окраски. Рассмотренные 16вариантов сочетаний аллелей в зиготах иллюстрируют комбинативную изменчивость инезависимое, расщепление пар аллелей, т. е. (3:1)2.
Независимоекомбинирование генов и основанное на нем расщепление в F2 в соотношении.9:3:3:1 в дальнейшем было подтверждено для большого числа животных и растений,но при соблюдении двух условий:
1)доминирование должно быть полным (при неполном доминировании и других формахвзаимодействия генов числовые соотношения имеют иное выражение); 2) независимоерасщепление приложимо для генов, локализованных в разных хромосомах.
Третийзакон Менделя можно сформулировать так: члены одной пары аллелей отделяются вмейозе независимо от членов других пар, комбинируясь в гаметах случай, но вовсех возможных сочетаниях (при моногибридном скрещивании таких сочетаний было4, при дагибрид-ном — 16, при тригибридном скрещивании гетерозиготы образуют по8 типов гамет, для которых возможны 64 сочетания, и т. д.).
Список литературы
Дляподготовки данной работы были использованы материалы с сайта www.monax.ru