Gregor Mendel - geneetika isa: elulugu, katsed ja faktid

Sisu

• Gregor Mendeli elulugu: algusaastad
• Vastuvõtt filosoofilisse instituuti
• Sisenemine Püha Toomase kloostrisse
• Varajane elu Püha Toomase kloostris
• Õpingud Viini ülikoolis
• Kus Gregor Mendel töötas?
• Gregor Mendeli esimesed katsed
• Gregor Mendeli hernetaime katsed
• Ronald Fisher vs Gregor Mendel: faktid
• Uus huvi Gregor Mendeli avastuse vastu
• Mendeli kirjutamine ja stipendium
• Gregor Mendeli seadused
• Mitte-mendeelne geneetika
• Gregor Mendeli hilisem elu
• Gregor Mendeli tsitaadid

Johann Mendel, hiljem tuntud kui Gregor Mendel, sündis 22. juulil 1822 Heinzendorf bei Odraus, väikeses külas Austria keisririigi osas, mida tänapäeval nimetatakse Tšehhi Vabariigiks või hiljuti Tšehhiks.

Mendelit peetakse tänapäevase geneetika isaks, kuid tema tööd ignoreeriti suures osas alles pärast tema surma 1884. aastal.

Lisanime Gregor oletas ta pärast 1843. aastal kloostrisse astumist, kus ta hooldas munkade aedu ja viis läbi oma tuntud hernetaimekatseid.

Gregor Mendeli elulugu: algusaastad

Johann Mendel sündis talupoegade talunikele Antonile ja Rosine Mendelile. Ta kasvas üles saksakeelses maapiirkonnas koos oma vanemate ja kahe õega, Veronika ja Theresiaga. Johann käis eelkoolis, mida nimetatakse gümnaasiumiks, kus kohalik preester tunnustas tema akadeemilisi lubadusi. 11-aastaselt saadeti ta minema Troppau kooli.

Olles alandlik, ei suutnud tema pere kodust lahkudes poissi toetada. Mendel pidi enda toetamiseks juhendama teisi õpilasi. Kogu oma hariduse kannatas ta depressioonihoogude all ja naasis perioodiliselt koju, et taastuda, kuid lõpuks lõpetas selle.

Seejärel astus Mendel kaheaastasele programmile Olmützi ülikooli filosoofilises instituudis, mida nimetatakse ka Olomouciks; see programm oli vajalik enne ülikooliõpingute alustamist.

Vastuvõtt filosoofilisse instituuti

Vaatamata tema intelligentsusele ja õppimisarmastusele, ei läinud Mendel Olomoucis nii hästi. Keelebarjääri tõttu, millega ta silmitsi seisis peamiselt tšehhikeelses piirkonnas, oli tal rohkem rahalisi raskusi.

Taas koges ta tugevat depressiooni ja pidi taastumiseks koju naasma.

Tema noorem õde Theresia julgustas venda haridustee lõpetama ja pakkus isegi, et aitab tal koolikulude katmisel. Theresia kinkis Johannile heldelt oma osa perekondlikust pärandvarast, mida tal oli kavas kasutada, on kaasavara.

Aastaid hiljem maksis Mendel võla tagasi, aidates tal oma kolme poega üles kasvatada. Neist kahest said arstid.

Sisenemine Püha Toomase kloostrisse

Noor Mendel soovis oma haridusteed edasi arendada, kuid ei saanud seda endale lubada. Professor kutsus teda üles liituma Brünnis (Brno, Tšehhi Vabariik) asuva Püha Toomase kloostriga ja jätkama oma haridusteed. Mendeli uudishimulik ja analüütiline meel viis ta matemaatika ja loodusteaduste õppimise juurde. Ta valis St.Toomase tellimuse maine tõttu on valgustusajastu inspireeritud progressiivne mõtlemine.

Klooster tegutses augustiinlaste kreedo all per scientiam ad sapientiam ("teadmistest tarkuseks") ja keskendus teaduslikule õpetamisele ja uurimistööle. Pärast 1843. aastal kloostrisse sisenemist sai tema nime Gregor Johann Mendel.

Tema ametlik kooliminek ja talus kasvavad isiklikud kogemused tegid temast eelise tellimuse põllumajandustegevuses.

Varajane elu Püha Toomase kloostris

Moraavia katoliku kirik koos haritlaste ja aristokraatidega said teaduse olulisuse teadlikuks 1900. aastatel. Gregor Mendelit kutsuti üles õppima igat tüüpi teadusi, sealhulgas taimede kasvatamist. Vastupidiselt ülejäänud elule nautis Mendel luksuslikku õhtusööki.

Klooster oli kuulus gastronoomia ja kulinaarse kunsti õpetamise poolest.

Gregor Mendel osales Brünni teoloogiakolledži tundides ja 1847. aastal määrati ta preestriks. Osana oma kloostriülesannetest töötas ta keskkooli tasemel loodusteaduste õpetajana. Uue õpetaja atesteerimise eksam ebaõnnestus 1850. aastal ja eksamineerijad soovitasid tal enne testi uuesti sooritamist kaks aastat kolledžis osaleda.

Õpingud Viini ülikoolis

Aastatel 1851–1853 õppis Gregor Mendel Viini ülikoolis tuntud matemaatikute ja füüsikute Christian Doppleri ja Andreas von Ettinghauseni juhendamisel õppimist. Mendel süvendas botaaniku Franz Ungeriga koostööd tehes taimede mõistmist.

Mendeli väitekiri uuris kivimite päritolu, mis oli sel ajal vastuoluline teema.

Viini ülikoolis õppis Mendel täiustatud uurimistehnikat ja teaduslikke metoodikaid, mida ta hiljem kasutas hernetaimede süstemaatilisel kasvatamisel. Teda kutsutakse tänapäevase geneetika isaks, kuna ta tuvastas pärandi põhiseadused ja arvutas välja nende statistilised tõenäosused - oskuse, mida ta ultraviolettkiirguse käes lihvib.

Mendel oli üks esimesi teadlasi, kes lülitas matemaatika bioloogia valdkonda.

Kus Gregor Mendel töötas?

Gregor Mendel veetis mitu aastat oma karjäärist keskkooliõpilaste õpetamist Brünni ja selle ümbruse koolides, samal ajal kui ta elas St Thomase kloostris. Noor munk sai ülemustelt loa vabal ajal taimede hübridisatsiooni pikisuunaliseks uuringuks. Mendel lasti katseid teha omaenda laboris, mis oli sisuliselt kloostri kasvuhoone ja 5 aakri suurune aiakrunt.

Hilisemas elus sai Mendel Püha Toomase kloostri abtiks, kus ta elas ja töötas ülejäänud oma päevad Maal.

Gregor Mendeli esimesed katsed

Mendeli esimene geneetiline eksperiment algas hiirtega ja seejärel liikus ta edasi aedherneste (perekond Pisum). Mendeli töö hiirtega peatus, kui piiskop sai teada, et Mendel kasvatas oma väikestes eluruumides puuriga hiiri. Kui Mendel oleks jõudnud puhaste tõuaretuslike must-valgete hiirte ületamisele, oleks ta teinud huvitava avastuse, mis on seotud koduseaduse ja mittetäieliku domineerimisega.

Mendeli geneetika - päritud aiaherne tunnuste vaatlustele tuginedes - oleks ekslikult ennustanud esimese põlvkonna kõiki musti hiiri, mitte halli hiirt (F₁).

Mendel hakkas kloostris herneste eksperimentaalse hübridiseerimise programme kavandama 1854. aastal. Tema tööd tervitas abtüür Cyril Knapp, kes pidas kloostri rahandust ohustavaks rahvusvahelise kaubanduse jaoks oluliste tunnuste uurimist. Mungad kasvatasid lambaid ja tundsid muret Austraalia villa impordi pärast, mis rikkus nende meriinovilla kasumimarginaali.

Mendel otsustas lammaste asemel uurida aiasordi herneid, kuna herneid on lihtne kasvatada ja neid on paljudes sortides ning tolmeldamist saab kontrollida.

Gregor Mendeli hernetaime katsed

Ajavahemikul 1854–1856 kasvas ja katsetas Mendel 28 000–29 000 hernetaime. Ta kasutas jälgitavate tunnuste ülekandumise analüüsimisel tõenäosuse statistilisi mudeleid. Tema ammendav uurimus hõlmas 34 aiaherne sordi testi iseloomuomaduste järjekindluse tagamiseks mitme põlvkonna jooksul.

Mendeli metoodika seisnes tõupuhaste hernestaimede sortide ristumisel ja seemnete istutamisel, et õppida, kuidas tunnuseid esimeses põlvkonnas päritakse (F₁). Mendel registreeris varre kõrguse, õie värvi, lille asukoha varrel, seemne kuju, kauna kuju, seemne värvi ja kauna värvi. Ta märkis, et päritud „tegurid” (mida tänapäeval nimetatakse alleelideks ja geenideks) olid teatud tunnuste osas kas domineerivad või retsessiivsed.

Kui risttolmletud F seemned₁ taimed kasvasid, tekitasid nad järgmise põlvkonna domineerivate ja retsessiivsete tunnuste suhte kolme (üks)₂).

Mendeli leiud ei olnud kooskõlas tolleaegsete ideedega, sealhulgas kuulsa evolutsioonibioloogi ideedega Charles Darwin. Nagu enamik 19. sajandi teadlasi, arvasid Darwini mõtted segunevaid jooni, näiteks punane lill, mis tolmeldab valge lillega, mis tekitab roosasid õisi. Ehkki Darwin täheldas snapdragonides domineerivate ja retsessiivsete tunnuste suhet kolm-ühele, ei mõistnud ta selle olulisust.

Ronald Fisher vs Gregor Mendel: faktid

Statistik Ronald Fisher leidis, et Mendeli andmed ja statistilised arvutused olid liiga täiuslikud, et neid uskuda. Teised teadlased hüppasid meeleavaldusesse, väites, et uurimisvead koos Mendeli teadliku või alateadliku eelarvamusega on tulemused viltu. Näiteks fenotüüpide (nt hernes on ümmargune või kortsuline) otsustamine hõlmab subjektiivsust.

Mendeli pärandi kaitsjad kordasid katseid, tegid statistilise tõenäosuse arvutused ja jõudsid järeldusele, et Mendeli leiud olid tõesed.

Uus huvi Gregor Mendeli avastuse vastu

1900. aastatel tõusis Mendel postuumselt varjatusest kuulsuseks, kui Carl Correns, Hugo de Vries ja Erich Tschermak sõltumatult avaldatud uurimistulemused, mis on kooskõlas Mendeli tulemustega.

Vaieldakse selle üle, mil määral keegi teadlastest oli Mendeli varasemate hübridisatsioonikatsetega tuttav. Uuringud kinnitasid Mendeli avastusi domineerivatest ja retsessiivsetest tunnustest.

Mendeli kirjutamine ja stipendium

Lisaks sellele, et Mendel oli preester, õpetaja, aednik ja teadlane, oli ta ka teaduskirjanik ja õppejõud. Ta avaldas paberid, milles kirjeldati putukate tekitatavaid taimekahjustusi.

Mendel pidas loenguid ka oma tööst Brüssni looduslooühingu kahel koosolekul Moraavias 1865. aastal. Ta avaldas oma töö "Taimede hübridiseerimise katsed" 1866 aastal Brünni looduslooühingu toimetised.

Gregor Mendeli seadused

Mendeli uuringud köögiviljaaias viisid Mendeli pärilikkuse teooria ja kahe peamise järelduse juurde: eraldamise seadus ja iseseisva sortimendi seadus.

Vastavalt eraldamise seadus, siis pärilike “tegurite” paar (alleelid) antud tunnuse jaoks eralduvad haploidsete munade ja spermarakkude moodustumisel. Viljastatud munarakul on iga alleeli kaks koopiat; üks koopia päriti emalt ja üks isalt.

iseseisva sortimendi seadus väidab, et alleelipaari segregatsioon on üldiselt sõltumatu teiste geenide toimimisest, välja arvatud seotud geenid.

Mendeli arusaam pärimisseadustest oli algselt vähe mõjunud ja järgmise 35 aasta jooksul viidati sellele umbes kolm korda. Mendel suri enne, kui tema panusest geneetikasse mõisteti.

Deoksüribonukleiinhappe (DNA) molekuli avastamine Kings College'is Londonis viis edusammudeni geneetikas, meditsiinis ja biotehnoloogias. Geneetikud suutsid lõpuks tuvastada Mendeli järeldatud ebamääraselt mõistetud pärilikud "tegurid".

Mitte-mendeelne geneetika

Gregor Mendeli geneetikapõhimõtteid kohaldatakse nende omaduste suhtes, mida kontrollib domineeriv või retsessiivne geen. Hernetaimede puhul määrati iga uuritud tunnus nagu varre kõrgus ühe geeni abil, millel oli kaks potentsiaalset alleeli.

Päritud alleelipaarid olid kas domineerivad või retsessiivsed ning sulandumist ei toimunud. Näiteks ei andnud kõrge varretaime ristumine lühikese varretaimega keskmise kõrgusega taimevart.

Mitte-Mendeli geneetika selgitab keerulisemaid pärandimustreid. Kaasrahastamine tekib siis, kui mõlemad alleelid avaldavad mõju. Mittetäielik domineerimine juhtub siis, kui domineeriv tunnus on veidi vaigistatud, näiteks punase värvimise asemel roosa. Antud tunnuse korral võivad olla võimalikud mitut tüüpi alleelid.

Gregor Mendeli hilisem elu

Mendel ülendati 1868. aastal aabitsaks ja võttis kloostri haldamise üle. Pärast seda punkti keskendus ta nendele kohustustele ega jätkanud katsetamist. Omandatud andmed istusid riiulil ja tema eelkäija põletas tema käsitsi kirjutatud märkmeid.

Mendel suri Bright'i tõvest, mida nimetatakse ka nefriidiks, 6. jaanuaril 1884. Teda mäletati katoliku preestrina, kellel oli kirg aianduse vastu. Isegi need, kes imetlesid tema intellekti ja teaduslikku rangust, ei saanud aru, et nende sõber ja kolleeg saavad kauges tulevikus legendaarseks.

Gregor Mendeli tsitaadid

Mendeli katsed olid ajendatud tema armastusest teaduse vastu. Kellelgi teisel kui Mendelil polnud aimugi, et tema töö oli murranguline. Vaatamata depressiooniga löökidele püsis Mendel optimistlik, et tema panust teadusesse ühel päeval tunnustatakse. Ta jagas selliseid mõtteid sõpradele sageli:

"Minu teadusuuringud on pakkunud mulle suurt rahuldust ja olen veendunud, et see ei lähe kauaks enne, kui kogu maailm minu töö tulemusi tunnistab."

"Ehkki olen oma elu jooksul kogenud pimedaid tunde, olen tänulik, et ilusad tunnid on pimedad kaalunud kaugelt üles."