Johan Gregor Mendel

Johann Gregor Mendel jeho objevy - základy genetiky, životopis

Johann Gregor Mendel

Když se velký člověk netají se svými názory, čeká ho Golgota - Heine

Můj čas přijde - Mendel

Biologie 19. století má dvě hvězdy první velikosti : Darwina a Mendela. Mnohé okolnosti jako by napomáhaly tomu, že tyto dvě hvězdy zazářily skoro současně. Nebyli jen součastníky, ale téměř vrstevníky. Darwin se narodil roku 1809, Mendel roku 1822. Darwin zenřel roku 1882. Mendel roku 1884. Darwinovo dílo "O vzniku druhů" vyšlo roku1859, Mendlovy "Pokusy s rostlinnými kříženci" roku 1866. Avšak tyto kvězdy nezazářily současně. Sudba osudu byla jiná.

Narodil se 20.července 1822 v rodině sedláka v obci Hynčice, nyní součástí obce Vražné (okres Nový Jičín) na Moravě.

O předcích Johanna Mendla víme jen to, že byli jen obyčejní rolníci nebo zahradníci. Zajímavým místem životopisu Mendlova otce je snad jen jeho účast v napoleonských válkách, kterých se zúčastnil jako řadový voják. Mendlovi byli chudí, svůj denní chléb dobývali v potu tváře. Mendel téměř ani nemohl dochodit gymnázium v tehdy málo známé Opavě. Nebylo tomu však pro nedostatek jeho schopností. Patřil vždy k nejlepším žákům. Když bylo Mendlovi 16, jeho otec byl těžce raněn při robotní práci v lese a hospodářství převzal Mendlův švagr, který dával gymnazistovi deset zlatých ročně. Mendel si proto musel na živobytí vydělávat soukromým vyučováním. Na gymnáziu pracoval i přes své existenční strádání velmi intenzivně, následkem toho onemocněl a musel studium přerušit. Gymnázium se mu však podařilo ukončit a téměř bez prostředků přešel studovat filozofii při olomoucké universitě. Neměl však dost příležitostí přivydělávat si soukromou výukou, strádal ještě víc a znovu těžce onemocněl. Přestože první ročník musel opakovat, studium přece jen dokončil.

Mendel se chtěl stát učitelem přírodopisu. Stal se jím ale náhodou a to díky tomu, že na olomouckém filozofickém učilišti si ho všiml prof. fyziky B. Franc na jehož doporučení byl přijat do kláštera v Brně, který mu skýtal možnosti studia, mohl vystupovat a později i vědecky pracovat.

Získání tohoto místa bylo ovšem spojeno s obětí. Mendel se musel rozloučit s radostmi světského života, civilní oblek vyměnit za sutanu a světské jméno Johann a církevní Gregor. Ve světském životě však neměl co ztratit a tak se roku 1843stal mnichem řádu svatého Augustina. První čtyři léta studoval bohosloví. Přitom se učil latině, řečtině, chaldějštině, syrštině a arabštině. Absolvoval též přednášky ze zemědělství a ovocnářství.

Později Mendel opouští církevní celu při výkonu kněžského povolání. Dostal do duchovní péče věřící v blízké nemocnici. Pro přílišnou přecitlivělost však ve styku s nemocnými málem onemocněl a musel být této povinnosti zproštěn. Představený ho v roce 1849 poslal učit na gymnázium do Znojma. Již během prvního roku se tak osvědčil, že mu ředitel školy doporučil, aby složil univerzitní zkoušky učitelské způsobilosti. Mendel se o to pokusil. Nakonec však přece jen neměl ze soukromého studia dostatečný přehled znalostí všech přírodních věd a neuspěl. Jeho zvláštní nadání pro exaktní vědy však neušlo zkoušejícímu prof. fyziky a na jeho doporučení pak Mendel studoval dva roky na vídeňské univerzitě. Z Vídně se pak do Brna vracel s plánem geniálních pokusů s křížením hrachu. V roce 1854 nastoupil místo suplujícího učitele přírodopisu na reálce v Brně a veškerý volný čas věnoval své výzkumné činnosti, která ho stále více upoutávala. V roce 1856 se znovu pokusil o složení univerzitní zkoušky, ale nakonec za podivných podmínek ze zkoušky odstoupil a tak nedosáhl univerzitního osvědčení svého vzdělání.

Existují různé názory o tom, zda Mendel při zkouškách propadl právem. Formálně byli zkoušející v právu. Mendel skutečně neovládal některé otázky, které absolvent měl znát. Když ale celou záležitost rozebereme ze všech hledisek, musíme dojít k závěru, že tehdy Mendel musel mít mimořádné vědomosti a schopnosti. Kterýkoliv rozumný pedagog vám řekne, že při zkouškách se mají zjišťovat schopnosti a nejen znalosti, protože když má člověk schopnosti , tak znalosti může získat kdekoliv, ale znalosti bez nadání nejsou k ničemu. Ale ne každý rozumný pedagog dokáže zkoušet tak, aby nezjišťoval jen znalosti ,ale také schopnosti. Při zkouškách na to není čas a nejsou někdy ani vhodné okolnosti. Máme však dnes právo říct že Mendela nechali propadnout neoprávněně?

Ať každý sám rozhodne, kam by zařadil tato "hoře z rozumu" zahraná titulovanými vědci: ke komediím, tragédiím, nebo fraškám? Ale státní zkušební komise do svého protokolu napsala, že Mendel má "nedostatek filozofického myšlení" a jasnosti v poznání.

Po svém návratu do Brna Mendel pokračoval v úspěšné výuce přírodopisu a titánském studiu.

Brněnský poustevník Mendel měl štěstí v tom, že jeho představený opat F. C. Napp se k němu choval velkoryse a nebránil jeho vědecké práci. Naopak Mendla podporoval v jeho studiu i ve výzkumech, které prováděl v klášterní zahradě. Vzdálen od každodenního shonu se mohl plně soustředit na svojí tvůrčí práci.

Říká se, že lásku k ovocnářství získal Mendel od svého otce a děda z matčiny strany. Snad proto rozvinul svou činnost v tomto směru jak v klášteře, tak mezi brněnskými ovocnáři. Stále víc ho přitom upoutávalo tajemství dědičnosti. Křížil prý i bílé myši se šedivými a pozoroval, jak dědí bílou nebo šedou barvu. Ani včely nepěstoval pro zisk, ale zajímalo ho křížení z hlediska poznání zákonitostí dědičnosti.

Mendlova klášterní cela se stala místem, kam přicházeli jeho žáci, kteří se zajímali hlouběji o přírodní vědy. Sestavovali herbáře a ctihodný mnich s nimi prochodil každý kout ve svém okolí. Přicházeli sem však také ostatní brněnští přírodovědci a diskutovali s Mendelem o tehdejších problémech vzniku a vývoje nových forem rostlin.

Při výzkumu přesazování divoce rostoucích zástupců rostlinné říše do klášterních zahrad prověřoval Mendel pokusně Lamarckovu hypotézu o vzniku druhů přímým vlivem vnějšího prostředí, kterou nepokládal za správnou. Jednou se v této souvislosti vyjádřil, že "podle mého názoru takovou cestou příroda druhy nevytváří. Musí zde být ještě něco jiného".

Mendel byl nesmírně houževnatý člověk. Objednával si všechny novinky vědecké literatury, které ho zajímaly. Stále více ho upoutávala problematika vývoje, kterou v přírodě pozoroval. Nakonec ho to přivedlo k soustřednému studiu vzniku proměnlivosti znaků u rostlin. Historikové dosud nevědí, co dalo Mendlovi popud k pokusům , které mu zajistily nesmrtelnou slávu .Zahájil je pět let před vydáním Darwinova díla "O vzniku druhů". Sotva se však Darwinovo jméno stalo známým, začal si objednávat všechny jeho spisy a pečlivě je studoval. Díla se zachovala a návštěvníci Mendlova památníku v Brně si mohou prohlédnout Mendlovi poznámky v Darwinových knihách, které svědčí o zanícenosti čtenáře. Matematik, profesor geodézie, Mendlův častý návštěvník a dlouholetý sekretář Přírodovědného spolku G. Niessl později vysvětloval, že Mendel svými pokusy chtěl vyplnit mezeru v Darwinově díle. A jako důkaz Niessl pronesl Mendlův výrok při diskusi o Darwinově teorii. Podle Niessla Mendel uvedl: "To ještě není všechno, ještě tu něco chybí."

Je ovšem pravda, že Mendel, který byl dobře obeznámen s problémy hybridizace i s četnými pokusy od Körlreutera až do své doby, snažícími se pomocí hybridizace vyřešit problém vzniku druhů, rozhodl se sám zkusit štěstí v této oblasti. Roku 1854 si vybral nejvhodnější materiál pro své pokusy a v roce 1856 už prováděl první křížení. V letech 1857 - 1858 potvrdil, co už dříve pozorovali Knight, Sageret a Naudin.

Mendlův bystrý rozum musel pochopit, že hybridizátoři před ním včetně samého Darwina, který také pozoroval jevy, které popsali Knight, Sageret a Naudin, se dostali všichni nakonec do slepé uličky : svá pozorování nepodepřeli podrobným rozborem. pochybnosti při jejich pokusech vyplívali především z přílišné spekulativnosti. Pro vědeckého génia je typické, že se u něho spojuje šťastný vzhled ducha a nelítostný skepticismus. Vědec musí mít horoucí srdce a chladný rozum. Musí být romantikem i realistou. Tyto vlastnosti génia měl Darwin. Jak se mohlo stát, že chytil svého ptáka ohniváka a pak ho pustil z rukou rovnou do Medlových sítí, takže se ani nemusel moc snažit , aby ho chytil? Mendel za osm let klidné práce zvládl to, na co jeho předchůdci vynaložili celé dlouhé životy.

Historici biologie, kteří se pochopit tento zdánlivý rozpor si věc vysvětlují různě : Darwin vybudoval svou teorii z moře faktů. Byl to zlatý kus vyrýžovaný ze zrnek naleziště. Mendel nerýžoval tuny zlatonosné horniny. Hned našel zlatý valoun, který naopak bylo třeba rozdělovat na kousky, aby se zjistilo, kde se vzal. Darwinův génius se projevil v syntéze, Mendlův v analýze.

Říká se,že Mendel měl vzhledem k Darwinovi výhodnější situaci díky některým skutečnostem :

1) Ačkoliv byl o třináct let mladší než Darwin, své pokusy s hybridizací začal tehdy, když už měl Darwin svou teorii hotovou.

2) Mendel nežil v zemi proslulé chovatelstvím jako Darwin, ale v zemi šlechtitelské, s velkými hybridizačními tradicemi, a co je důležité, choval mimořádnou úctu k hybridizační metodě.

3) V Mendlově době, v šedesátých a sedmdesátých letech, využívala biologie všestranně mikroskopické analýzy. Také Mendel používal při svých pokusech mikroskop. Ve skutečnosti již hledal vysvětlení zkoumaných jevů na buněčné úrovni. Na rozdíl od Darwina věděl, že jedno zrno pylu stačí k oplodnění jedné vaječné buňky. Mendel také věděl, že když rostliny a živočichové rodí různorodé potomstvo, musí být příčinou různorodost pohlavních buněk, které se podílejí na vzniku nového života. Ne náhodou si Mendel vybral k pokusům takovou rostlinu, která vylučovala, že dojde k porušení její vlastní dědičnosti vnější "náhodou". Touto rostlinou byl Knightův hrách. Mendel začal své pokusy právě prověrkou hermetičnosti květních uzávěrů, a ne křížením. Po dva roky kontroloval pokusné rostliny, zda dědí "čistě". Teprve potom přikročil ke křížení odrůd. Mimoto měl Mendel vynikající matematické schopnosti. Život ukázal, že jen biolog a matematik mohl zdolat hradby záhad dědičnosti, staré jako svět sám.

Dříve něž dokončíme jak Mendel tuto záhadu vyřešil , uzavřu srovnání Darwina a Mendela.

Sotva vyšlo Darwinovo dílo "O vzniku druhů", stal se Darvin slavným. Za jediný den byl prodán celý náklad jeho knihy.

Mendel veřejně seznámil vědecký svět se svým objevem dne 8. února 1865 na schůzi brněnského Přírodovědného spolku. Svou přednášku dokončil až za měsíc - 8. března. A bylo to přednáška, která měla znamenat revoluci ve vědě o dědičnosti. Tiskem jeho práce vyšla koncem roku 1866. Jak bylo obvyklé při každém vydání sborníku Spolku, rozeslali ji podle seznamu 120. vědeckým institucím různých zemí. Čtyři exempláře se dostali i do Ruska. Nikdo v Brně ani v zahraničí však nepochopil velikost Mendlových idejí. Jediný vědec světového jména, jehož Mendel znal a s nímž si dopisoval, byl mnichovský biolog Nägeli, velmi zběhlí v hybridizaci. Byl však natolik zaujat svou prací a Darwinovým dílem , že v Mendlově díle nenašel nic zajímavého, a poradil svému brněnskému příteli, aby se pokusil o štěstí na jiném materiálu - na jestřábníku, s nímž sám pracoval. ( Jestřábník, jak se ukázalo o čtyřicet let později, byl pro pokusy pro vysvětlení zákonitosti dědičnosti velmi náročnou rostlinou. Až mnohem později se zjistilo, že jeřábník má schopnost vytvářet potomstvo cestou "neposkvrněného početí". Dokonce i vykastrované kvítky jestřábníku tvořily semena. A tam, kde Mendel očekával vznik různorodého potomstva, vzniklo všechno potomstvo stejnorodé. Jeřábník natolik pomíchal Mendlovy karty, že v roce 1869 musel veřejně prohlásit : zákony dědičnosti, které jsem považoval za všeobecně platné, zde jsem nemohl prokázat. )

A tím škodlivé následky práce s jeřábníkem neskončily. Protože jeřábník má velmi malé kvítky a semena, musel Mendel častěji , než bylo pro něj zdravé používat mikroskopu a osvětlovací techniky. Tím se mu tak zhoršil zrak, že na půl roku musel přerušit jakoukoli práci. Nevzdal se však a nakonec na sklonku života i zde našel geniální vysvětlení, které bylo potvrzeno až ve dvacátých letech našeho století.

V roce 1868 Mendel převzal místo opata - představeného kláštera. Všechen čas mu zabíraly administrativní práce. A roku 1872, ve věku 50. let, kdy byl Darwin na vrcholu své vědecké slávy, Mendel byl odváděn od svých výzkumů. V té době byl též zvolen viceprezidentem brněnského Přírodovědeckého spolku a od rroku 1870 se angažoval ve výboru Moravskoslezské hospodářské společnosti. J

ako vědec nemohl žít bez vědecké práce, ať se dělo cokoliv. V té době se Pettenkofer dostal do sporu s Kochem o příčině epidemií cholery, když prohlásil, že nákaza pochází ze spodní vody. Mendel se to rozhodl prověřit a začal pozorovat výšku hladiny v klášterní studni. Zabýval se také astronomií a uveřejnil několik prací z meteorologie. Meteorologická pozorování konal důsledně a poslední záznam učinil šest dní před svou smrtí.

Zemře na zánět ledvin ve věku 62 let. Byl pochován jako prelát, ředitel Moravské hypoteční banky, řádný člen Rakouské meteorologické společnosti, funkcionář Moravskoslezské hospodářské společnosti a mnoha jiných, jen ne jako badatel objasňující tajemství dědičnosti.

Říká se, že kdyby se byla Mendlovy přednáška, odeslaná v mnoha exemplářích do Anglie, dostala do rukou Darwinových, byl by se vývoj biologie utvářel úplně jinak. Vždyť pochybnosti vyvolané vystoupením Jenkinsovým , začali Darwina znepokojovat roku 1867, tedy rok po vydání Mendlovy přednášky. A Mendlova teorie vyplňovala v darwinismu tu mezeru, do jako do Achillovy paty zamířil Jekins svůj kritický šíp, který sice nebyl ten pravý, ale Darwin ho přesto neodrazil.

Za celých dalších 35 let si všimlo Mendlovy práce jen několik vědců. Roku 1874 citoval Mendla poměrně podrobně ve své disertaci jako významného vědce ruský botanik Ivan Fedorovič Šmalgauzen, otec významného sovětského darwinisty akademika Ivana Ivnoviče Šmalgauzena, ale nikoliv v části experimentální. Vědci se neseznámili díky jí s Mendlovými názory : v překladu byla historická část s citací Mendla vypuštěna.

Ve vědecké literatuře se Mendlovo jméno připomínalo roku 1881, jen rok před jeho smrtí. To byla příležitost, aby se dožil uznání. Tehdy se na jeho publikaci o hybridizaci odvolával německý vědec Focke.

Díky Fockemu se nakonec stal Mendel známým. Fockeho práce se dostala do rukou de Vriese, pak Corrense a nakonec si ji přečetl Tschermak, ale to se stalo až dlouho po jeho smrti.

Co musel prožít tento člověk, který již sedmnáct let před svou smrtí prohlašoval: " Můj čas přijde!"

Ať ke své radosti, nebo žalosti, Mendel příliš předběhl dobu. Základy učení, později nazvaného mendelismem, vytvořil 23 roků předtím, než se objevil termín "chromozóm", 22 let předtím, než bylo objeveno redukční dělení, a31 let před první zmínkou o chromozómové teorii dědičnosti.

A jakou senzací bylo zmrtvýchvstání Mendlových zákonů, lze dokumentovat na tom, že od této chvíle jak evolucionisté, tak genetici , cytologové a vůbec všichni biologové ve všech svých starších i novějších objevech nacházeli v Mendlovi nejbezpečnější oporu.

V mnoha teoriích se během století od roku 1865 ukázaly větší nebo menší chyby. V Mendlově teorii se však za celých sto třicet devět let nepodařilo zjistit ani jedinou nejmenší chybičku.

Proto se čelný darwinista Fischer zřejmě vyslovil o Mendlově géniu výstižněji než kdo jiný, když řekl : "Každé pokolení biologů nachází v Mendlově teorii to, co hledá …"

Mendlova výzkumná činnost

Mendel považoval proměnlivost rostlin za doloženou skutečnost. Byl první, kdo udělal významný diagnostický převrat, když jako první nehodnotil organismus jako celek, ale rozložil ho na jednotlivé znaky. Jednotlivé znaky (např. tvar zralého semene), chápal protikladně, např. na jedné straně kulaté, na druhé hranaté jako dvě strany jedné mince. Hodnotil přenos jejich vloh. V jeho pojetí se u potomka neslévaly výchozí mateřská a otcovská buňka, ale sjednotily se vlohy pro jednotlivé znaky mateřské a otcovské rostliny. Novátorská diagnostická metoda umožnila Mendlovi vyhodnocení výsledků z křížení sedmi párů znaků u hrachu, z nichž všechna probíhalana principu dominance a recesivity protikladných znaků. Při párování protikladů při oplození využil princip komplementarity.

Komplementární vůči mužovi je žena. Muž vůči muži a žena vůči ženě nejsou komplementární. Komplementární vzhledem k žluté barvě zralého semene hrachu je zelená, komplementární vůči vysoké rostlině hrachu je rostlina nízkého vzrůstu atd. Komplementarita je principem pro vysvětlení vzniku a vývoje znaků u organismů v rámci systému označovanému jako život. Komplementární životu je smrt.

Mendlovy zákony

Základní zákony dědičnosti formuloval v roce 1866 na základě analýz genetického křížení mezi vyšlechtěnými kmeny (poskytujícími potomstvo se stejnými znaky jako mají rodiče) hrachu setého (Pisum sativum), lišícími se v určitém dobře definovaném znaku jako je např. tvar semen (kulatá nebo hranatá), barva semen (žlutá nebo zelená) nebo barva květů (fialová nebo bílá). Mendel zjistil, že křížením rodičů (P) lišících se v jediném znaku (např. tvar semen) vzniká potomstvo (F1, první filiální generace), ve kterém mají všichni jedinci znak pouze jednoho z rodičů, v tomto případě kulatá semena - viz obr.1a 2 . Znak, projevující se u F1 generace, se jmenuje dominantní, alternativní znaky se nazývají recesivní. V generaci F2 (potomci F1 rodičů) se dominantní znak objevuje u tří čtvrtin potomstva, recesivní pak u jedné čtvrtiny. Hrách s recesivním znakem poskytuje přímé potomstvo, tzn. že výsledkem křížení mezi recesivními F2 je potomstvo F3 mající rovněž recesivní znak. Příslušníci F2 generace vykazující dominantní znak se však dělí do dvou kategorií: jednu třetinu vytváří jednotné potomstvo, zatímco zbylá část poskytuje potomstvo s poměrem dominantních znaků k recesivním 3:1 (jako u generace F2).

Obr. 1: Křížením rostlin hrachu s kulatými semeny s rostlinami se semeny hranatými poskytuje potomstvo F1, které má pouze kulatá semena. Křížením tohoto hrachu F1 vzniká potomstvo F2 mající ze tří čtvrtin semena kulatá, z jedné čtvrtiny pak semena hranatá.

Obr. 2: Při genetickém křížení hrachu s kulatými semeny s hrachem s hranatými semeny má generace F1 fenotyp kulatých semen, protože znak pro kulatá semena je dominantní vůči znaku pro semena hranatá. Semena generace F2 jsou ze 3/4 kulatá a z 1/4 hranatá, protože alely těchto genů jsou přenášeny nezávisle haploidními gametami.

Mendel vysvětloval toto pozorování hypotézou, že různé páry kontrastních znaků jsou každý výsledkem faktoru (nyní nazývaného gen), který má alternativní formy (alely). Každá rostlina obsahuje pár genů určujících určitý znak, přičemž od každého z rodičů získala po jednom genu. Alely pro tvar semene mají symbol R pro kulatá semena a r pro semena hranatá. Tak vznikají dvě možnosti genotypů (složení genů):

a) rostliny čisté linie s kulatými nebo hranatými semeny mají genotyp RR a rr, jsou označovány jako homozygoti ve tvaru semen.

b) rostliny s genotypem : Rr jsou heterozygoti ve tvaru semen a jejich fenotypem (projev znaku) jsou kulatá semena, protože R je dominantní. Tyto dvě alely se žádným způsobem v rostlinách nemísí a prostřednictvím gamet se přenášejí na potomstvo. Mendel rovněž prokázal, že různé znaky se dědí nezávisle. Například křížením hrachu s kulatými žlutými semeny (RRYY) s hrachem s hranatými zelenými semeny (rryy) poskytlo potomstvo F1 (RrYy) s kulatými žlutými semeny (žlutá semena jsou dominantní oproti semenům zeleným). Fenotypy F2 se vyskytovaly v poměrech 9 kulatá žlutá : 3 kulatá zelená : 3 hranatá žlutá : 1 hranatá zelená. Tento výsledek ukazuje, že geny žádného z rodičů nemají tendenci se integrovat (viz obr. 3).

Obr. 3: Geny pro kulatá (R) nebo hranatá (r), a žlutá (Y) nebo zelená (y) semena hrachu se rozdělují nezávisle. Potomstvo F2 se skládá z devíti genotypů obsahujících všechny čtyři možné fenotypy.

Shrnutí Mendlových zákonů

1) Při vzájemném křížení homozygotů (F1 generace) vzniká potomstvo, které je svým genotypem i fenotypem jednotné - zákon o jednotnosti první generace kříženců

2) Při vzájemném křížení heterozygotů (F2 generace) vzniká potomstvo, které je genotypově i fenotypově různorodé, přičemž poměrné zastoupení homozygotů i heterozygotů v tomto potomstvu (proto i dominantních a recesivních fenotypů) je pravidelné a stálé - zákon o segregaci alely a jejich kombinaci ve druhé generaci kříženců.

3) Při vzájemném křížení heterozygotů (F3 generace) ve více genových párech vzniká genotypově i fenotypově různorodé potomstvo, v němž je pravidelné a stálé zastoupení (poměrné zastoupení) genotypů všech možných kombinací mezi rozdílnými alelami všech heterozygotních alelových párů (9 : 3 : 3 : 1). - zákon o volné (nezávislé) kombinovanosti alel různých alelových párů.

Téměř všichni Mendlovi současníci jeho teorii dědičnosti ignorovali. Bylo to i částečně proto, že při svých výpočtech používal teorii pravděpodobnosti, která byla pro většinu biologů té doby oborem zcela neznámým. V roce 1900, kdy byla Mendelova práce znovu objevena, se ukázalo, že její principy vysvětlují dědičnost u rostlin i zvířat. Mendelova práce položila základ nové vědní disciplíně, která zkoumá přenos dědičných informací z generace na generaci a vzájemné vztahy mezi dědičnými jednotkami a znaky, a jejich vztahu k prostředí. Jeho práce upoutala pozornost až začátkem 20. století, 16 let po smrti autora.