Своеобразие жизненного пути и значение открытий Грегора Менделя для развития медико-биологических наук, включая анатомию

Грегор Иоганн Мендель был великим исследователем, значительно опередившим свое время. Его научные работы не получили признания при жизни, но потомки оценили выдающийся вклад Грегора Менделя в науку и заслуженно считают этого ученого основоположником генетики. 20 июля 2022 исполняется 200 лет со дня его рождения, и это обязывает вспомнить о заслугах великого биолога в канун его юбилейной даты.

Мальчик по имени Иоганн Мендель родился 20 июля 1822 года в местечке Хейнцендорф на моравско-силезской границе в Австрийской империи (позже Австро-Венгрии). Теперь это место называется Гинчице и представляет собой часть села Вражне у нового Йичина в Чехии. Родители Иоганна, Розина и Антон, были потомственными крестьянами, в их семье росли еще две дочери (старшая и младшая сестры Иоганна – Вероника и Терезия). О таком сыне, как Иоганн, можно было только мечтать. Мальчик рос спокойным, серьезным, любознательным, трудолюбивым. Он обожал природу, свой кусочек земли, уже в раннем детстве его очень интересовали садоводство и пчеловодство. Но здоровье у мальчика было слабое, из-за частых недомоганий он месяцами не посещал сельскую школу. Однако природные способности позволили ему получить ему начальное образование (учился он в школах Хейнцендорфа и Липника). В течение последующих 6 лет Иоганн учился в гимназии Троппау. Теперь этот город, вошедший в состав Чехии, называется Опава. В 1843 г. Иоганн окончил философские классы при университете в Ольмюце (ныне это учебное заведение, расположенное в чешском Оломоуце, называется университетом Палацкого). Предметами изучения юноши были практическая и теоретическая физика, философия. В период студенчества Менделя главой факультета естественной истории и сельского хозяйства был Иоганн Карл Нестлер. Этот ученый интересовался исследованиями наследственных признаков животных, в частности, овец и растений. Возможно, именно под его влиянием у Менделя пробудился интерес к изучению законов наследственности.

Образование было платным, денег на обучение сына у Розины и Антона не хватало. Иоганн, тяжело переживавший финансовую несостоятельность родителей, впал в отчаяние. На помощь ему пришла сестра Терезия. Чтобы брат мог продолжить образование, она отдала ему свое приданое. Впоследствии Иоганн отплатил добром за добро: когда у него появилась возможность, он оказал финансовую поддержку трем сыновьям Терезии. Покровительство дяди позволило двум племянникам получить дорогое медицинское образование и в дальнейшем работать врачами.

Когда молодому человеку исполнился 21 год, он решился на монашество и оформился послушником в мужской монастырь г. Брюнне [2, c.993]. Он не был особенно набожным человеком, но хотел заниматься наукой, а для этого необходимо было учиться дальше. Духовные лица имели доступ к бесплатному образованию, что и привлекло Менделя. Облачаясь в рясу, он также хотел навсегда избавить себя от вечного беспокойства о хлебе насущном.

Юноша, постриженный в монахи в австрийском городе Брюнне (сейчас это Брно, Чехия), в Августинском монастыре Святого Фомы, получил новое имя – Грегор. Теперь полностью его звали Грегор Иоганн Мендель. После пострижения он незамедлительно стал студентом Брюннского богословского института, в 1847 г. принял сан священника.

Возник самый настоящий парадокс – религиозный деятель одновременно являл собой естествоиспытателя. Пикантности в нестандартную ситуацию добавляло еще и то, что он положил начало генетике – науке, раскладывающей на геномы саму теорию божественного замысла. Грегор, испытывавший непреодолимую тягу к знаниям, поглощал научную литературу целыми томами, подменял местных педагогов в школе. У него была заветная мечта – стать преподавателем. Для этого требовалось пройти экзаменационные испытания, но, по иронии судьбы, он не смог сдать экзамены по биологии и геологии [5, c.39].

В течение трех лет (1849-1851 гг.) Мендель служил в должности преподавателя Зноймской гимназии, обучал гимназистов математике, латинскому и греческому языкам. В дальнейшем он уехал в Вену, где в период 1851-1853 годов, благодаря поддержке настоятеля своего монастыря, обучался в Венском университете физике, химии, математике, зоологии, ботанике, палеонтологии. Вернувшись в Брюнне, Мендель стал преподавателем этих дисциплин в Высшей реальной школе. Он так и не получил диплом преподавателя, но ему разрешали заниматься обучением. В 1856 г. Мендель сделал еще две попытки стать дипломированным педагогом, но он так и не смог сдать экзамен по биологии. Очередная неудача только подхлестнула его интерес к этой науке. В 1856 г. он начал свои знаменитые опыты по скрещиванию разных сортов гороха.

Грегор Мендель обладал важнейшими для настоящего ученого качествами. Во-первых, он умел формулировать конкретные цели исследования. Во-вторых, он мог правильно понимать и трактовать результаты опытов, т.е. был способен сделать точные и правильные выводы из результатов экспериментов [3, c.61]. В своей работе Грегор Мендель использовал гибридологический метод, который стал основой его опытов. Суть гибридологического метода заключается в скрещивании специально подобранных пар организмов и тщательном изучении полученного потомства. Скрещивание организмов, отличающихся друг от друг одним или несколькими признаками, называют гибридизацией, а потомков от такого скрещивания – гибридами. Потому и метод получил название гибридологического, он до сих пор лежит в основе генетических исследований. Мендель работал с горохом, используя для скрещивания растения, относившиеся к определенным сортам. Сорта, в которых все растения по определенным признакам одинаковы, называются чистыми линиями. Горох легко выращивать, в условиях Чехии он дает несколько урожаев в год. Горох – самоопыляемое растение, поэтому в природных условиях сорта обычно не смешиваются. В эксперименте самоопыление легко предотвратить, и экспериментатор может опылять растение пыльцой с другого растения, т.е. перекрестно.

В целом можно сказать, что результативности работ Менделя способствовало то, что он при проведении экспериментов использовал строгую и хорошо продуманную методику. Основные ее особенности заключаются в следующем: использование самоопыляющегося растения (гороха); использование только чистых линий, на выведение которых Мендель потратил несколько лет; исключение возможности случайного переопыления (проводилось либо перекрестное опыление самим исследователем, либо имело место самоопыление); в начале своих исследований Мендель наблюдал за наследованием одного признака, и лишь после установления закономерностей наследования одного признака он перешел к изучению наследования одновременно нескольких признаков; выбор для работы признаков, встречающихся лишь в двух четко различающихся формах (альтернативные признаки); индивидуальный анализ потомства каждого скрещивания; использование больших выборок и математических методов обработки результатов экспериментов [1, c.252].

Мендель провел более 10000 опытов, предметом которых было более двух десятков разновидностей гороха. Растения отличались друг от друга семенами и цветками. Ученый работал без устали, без жалости к себе, с невероятным увлечением. Только фанатик науки мог осуществить этот титанический труд, ведь каждую из горошин приходилось осматривать, исследовать вручную. Чтобы передать в гибридах единственный признак поверхности семян («гладкий-сморщенный»), упорный биолог отсмотрел свыше 7000 горошин. Всего же отличительных признаков гороха в его исследованиях было 7 [2, c.994].

На основании полученных данных Мендель сначала сформулировал закон единообразия гибридов I поколения, или закон доминирования, или I закон Менделя: при скрещивании двух чистых линий организмов, отличающихся друг от друга одним признаком, все гибриды I поколения будут иметь признак только одного из родителей, и поколение по данному признаку будет единообразным.

Проявляющиеся у гибридов I поколения признаки (например, желтый цвет или гладкость семян), Мендель назвал доминантными, а подавляемые признаки (соответственно, зеленый цвет или морщинистость семян) – рецессивными (табл.).

Таблица

Признаки растений гороха, использованные Менделем в его исследованиях

Продолжив свои опыты, Грегор Мендель из гибридных семян I поколения вырастил растения и скрестил их между собой. Подсчитывая число желтых и зеленых горошин в потомстве многих пар растений гороха, он обнаружил, что у растений II поколения большая часть горошин (3/4) имела желтую окраску, а меньшая часть (1/4) – зеленую. Таким образом, соотношение желтых и зеленых семян в потомстве составило 3:1. Явление, при котором скрещивание приводит к образованию части потомства с доминантным, а части – с рецессивным признаком, получило название расщепления признаков. Затем Грегор Мендель подтвердил характер расщепления в опытах с другими признаками растений гороха и обосновал свой второй закон – закон расщепления: при скрещивании двух гибридов I поколения между собой во втором поколении наблюдается расщепление, и снова появляются особи с рецессивными признаками; эти особи составляют ¼ часть от всего числа потомков II поколения.

Только определившись с закономерностями моногибридного скрещивания, Мендель перешел к изучению дигибридного скрещивания и вывел свой третий закон – закон независимого наследования: при дигибридном скрещивании у гибридов каждая пара признаков наследуется независимо от других и дает расщепление 3:1, образуя при этом 4 фенотипических группы, характеризующиеся соотношением 9:3:3:1 [1, c.235].

Кроме трех законов, по праву носящих сейчас его имя, Мендель вывел еще гипотезу (закон) чистоты гамет: находящиеся в каждом организме пары альтернативных признаков не смешиваются при образовании гамет и по одному от каждой пары переходят в гаметы в чистом виде.

Сформулировав результаты своих опытов, Мендель в ходе двух заседаний, 8 февраля и 8 марта 1865 года, доложил их Брюннскому Обществу естествоиспытателей, которое в конце следующего года опубликовало конспект его доклада в очередном томе «Трудов общества …» под названием «Опыты над растительными гибридами». Этот том попал в 120 библиотек университетов мира. Вдобавок к этому Мендель заказал 40 отдельных оттисков своей работы и почти все их отправил именитым ботаникам, но ни у кого из них опыты Менделя интереса не вызвали. Наука того времени еще не была готова к восприятию идей Менделя. Его открытие не получило адекватной оценки и долгое время оставалось в тени. Оно не было известно и Чарльзу Дарвину, тогда как именно теория Менделя разрешала «самое опасное возражение», которое, по словам самого Дарвина, когда-либо было сделано его теории. Это – утрата вновь приобретенных признаков в последующих поколениях [4, c.333].

Великий чешский ученый значительно опередил свое время, его работы были по достоинству оценены лишь через 36 лет после их публикации. В 1900 г. три исследователя – Гуго де Фриз (Германия), Карл Эрих Корренс (Голландия) и Эрих Чермак - Зейзенегг (Австро-Венгрия) – независимо друг от друга и на разных объектах переоткрыли законы Менделя. Только после этого была найдена и повторно опубликована забытая работа Менделя. Гуго де Фриз, Карл Эрих Корренс и Эрих Чермак - Зейзенегг честно признали первенство Менделя в этом вопросе и присвоили его имя переоткрытым ими закономерностям. 1900 год считается датой рождения науки генетики, а ее официальное название было предложено английским биологом Уильямом Бейтсоном в 1907 году [3, c.60].

Основное значение работ Менделя для всего последующего развития биологии состоит в том, что он впервые сформулировал основные закономерности наследования: дискретность наследственных факторов и независимое их комбинирование при передаче из поколения в поколение. Следует иметь в виду, что во времена Менделя биологи придерживались принципиально иных взглядов на наследование: они были сторонниками теории слитной наследственности. Важно обратить внимание и на то, что Мендель сформулировал законы наследования задолго до открытия материальных носителей наследственности (хромосом и генов) и механизмов обеспечения передачи этих носителей следующим поколениям – мейоза и двойного оплодотворения у цветковых растений [1, c.253].

Сам Мендель имел возможность заниматься наукой только в бытность свою рядовым священником. Его монастырь был центром культуры и науки целого региона, во главе его стоял аббат Кирилл Напп, поощрявший интерес своих монахов к научной деятельности. Они были кураторами школьного образования во всей округе. Мендель с большой радостью выполнял обязанности школьного учителя, ученики называли его любимым педагогом. Грегору Менделю было 46 лет, когда скончался аббат Напп и его назначили на пост усопшего наставника. Мендель был вынужден свернуть свои опыты в монастырском саду, поскольку вверенное ему святое место требовало неустанных забот и внимания. С той поры и до конца жизни административная работа занимала все его время. Аббат Мендель, страдавший хроническим нефритом, скончался от уремии в 1884 году. Похоронен он в Брно, там же ему поставлен памятник, на месте аббатства создан музей этого великого ученого.

Интересно выразил свое мнение о высокой эффективности научной деятельности Г. Менделя крупный советский генетик Н.В. Тимофеев-Ресовский, известный соотечественникам как главный герой нашумевшего в период «перестройки» романа Даниила Гранина «Зубр»: «Гриша Мендель был, как известно, мних (мних – устаревшее «монах»). Ему было, как говорится, наплевать на всю Западную Европу. Никакие практические проблемы его не интересовали, поэтому он так здорово двинул вперед науку. Что и всем нам надлежит всегда помнить: науки продвигаются тем быстрее, точнее и лучше, чем меньше они имеют дело с практикой» [5, c.44].

Но открытия Грегора Менделя имели значение для развития не только биологии и генетики, они сказались и на развитии других наук, в т.ч. медицины и анатомии. В медицине появилась такая самостоятельная отрасль, как медицинская генетика, а в анатомии прояснились причины и механизмы развития пороков и аномалий строения, возникла классификация анатомической изменчивости. Мощный толчок признание открытий Менделя дало развитию эмбриологии. В общем значение деятельности скромного чешского труженика науки для любого раздела естествознания трудно переоценить.