«Високошановний пан Директор!
Дозволю собі повідомити про Злочинця, що серйозно спустошив за два останніх роки околиці Брюнна. Це гороховий зерноїд. Цей звір у минулому році майже знищив велику частину гороху ще в полі, а зібраний врожай зробив неїстівним для людини через те, що перезимував у зернах. Нещастя досягло настільки великих масштабів, що торгова інспекція найчастіше не дозволяла продавати на ринках привезений на продаж горох.
На початку січня я обстежував партію зараженого гороху і знайшов у великій кількості зерен жучків, їхні яйця, лялечок і личинок. На вид горошини були гладкі, але при ретельному спостереженні вдавалося побачити щось подібне до слідів голкових уколів – на протилежній стороні цих зерен виявлялися круглі темні плями розміром у 1/2 лінії. При розламуванні зерен легко виявлявся шлях, пророблений у них личинками, тому що зерна були ними проїдені від крапки уколу до темної плями. В області плями вирослі з личинок жучки виходять на поверхню. Я стежив у моєму житлі за їхнім розвитком.
Мені не був відомий факт зимівлі жучка в горошинах. Зламуючи зелені боби, я часто виявляв уже досить розвинутих личинок, що лежали поруч з об'їденими зернами, і думав, що їх лялькування відбувається не в горошинах, а лише усередині самого боба.
Тепер я дотримуюсь іншої думки, але повинен визнати, що ця манера зимівлі не узгоджується з припущенням про те, що самка відкладає яйця тільки в квітку. Дуже вірогідно, що личинка незабаром після свого виходу з яйця проникає в зерно – про це свідчить дуже вузький канал, по якому вона рухалася.
Якщо яйце дійсно було відкладено в квітку, то зернятко в той момент, коли воно піддається нападу личинки, повинно бути дуже молодим, ніжним і дуже сприйнятливим до поранень. Приходиться в такому випадку дивуватися тому, як стало можливим, щоб воно розвивалося настільки ж добре, як і інші здорові зерна, тому що воно повинно переносити травмування, що не припиняється. В інших рослин у подібних випадках ми спостерігаємо, як зав'язі занедужують і гинуть. Точно так само в тих горохових бобах, де личинка лежить вільно, одне чи кілька зерняток виявлялися зовсім деформовані – приблизно ті, що найпершими були ушкоджені личинками.
У цілому ж усе стає зрозумілим, якщо припустити, що зернятко поміцнішало чи зовсім дозріло до моменту, коли в нього проникнула маленька ще личинка. З цього, щоправда, випливають висновки і припущення, що я не зважуюся висловити навмання. У всякому разі, представляється бажаним ретельно вивчити спосіб існування цієї тварини, щоб одержати можливу ясність щодо його розмноження і поширення; у іншому випадку є підстави побоюватися, що ми позбавимося одного із самих живильних земних плодів. Як я чув, власники великих маєтків налаштовані вже наступного літа відмовитися від розведення гороху.
Грегор Мендель».
Мендель займався дослідами в області ботаніки, зокрема – тоді він займався дослідами по спрямованому культивуванню рослин, що пізніше припинилися. Мендель доставляв з далеких і ближніх околиць Брюнна рослини, що особливо цікавили його через свою атиповість, і приносив додому, щоб культивувати в спеціально для нього відведеній частині монастирського саду при різних зовнішніх умовах. Мендель дуже був зайнятий дослідницькою роботою. Весь тодішній біологічний світ вважав, що під впливом умов культивування в рослин і тварин можуть з'являтися нові, що передаються в спадщину ознаки!
Він займався копіткими метеоспостереженнями.
Він замахнувся на кардинальне питання біології – на проблему мінливості, тобто спадковості.
Він ставив, нарешті, експерименти з горохом, що, починаючи з 1854-го, щорічно щовесни висівав у маленькому садку під вікнами прелатури.
Дослідження Менделя
Перебуваючи у Відні, Мендель зацікавився процесом гібридизації рослин і, зокрема, різними типами гібридних нащадків і їхніх статистичних співвідношень. Ці проблеми і стали предметом наукових досліджень Менделя, що він розпочав улітку 1856 р.
Успіхи, досягнуті Менделем, частково обумовлені вдалим вибором об'єкта для експерименту-гороху городнього (Рisum sativum). Мендель упевнився, що в порівнянні з іншими цей вид має наступні переваги:
1) існує багато сортів, що чітко розрізняються по ряду ознак;
2) рослини легко вирощувати;
3) репродуктивні органи повністю прикриті пелюстками, так що рослина звичайно самозапилюється; тому його сорти розмножуються в чистоті, тобто їхні ознаки з покоління в покоління залишаються незмінними;
4) можливе штучне схрещування сортів, і воно дає цілком плідних гібридів. З 34 сортів гороху Мендель відібрав 22, які наділені чітко вираженими розходженнями по ряду ознак, і використовував їх у своїх дослідах зі схрещуванням. Менделя цікавили сім головних ознак: висота стебла, форма насіння, забарвлення насіння, форма і забарвлення плодів, розташування і забарвлення квіток.
І до Менделя багато вчених проводили подібні експерименти на рослинах, але жоден з них не одержав таких точних і докладних даних; крім того, вони не змогли пояснити свої результати з точки зору механізму спадковості. Моменти, що забезпечили Менделю успіх, варто визнати необхідними умовами проведення будь-якого наукового дослідження і прийняти їх як зразок. Умови ці можна сформулювати в такий спосіб:
1) проведення попередніх досліджень для ознайомлення з експериментальним об'єктом;
2) ретельне планування всіх експериментів, для того щоб усякий раз увага була зосереджена на одній змінній, що спрощує спостереження;
3) найсуворіше дотримання всіх методик, для того щоб виключити можливість уведення змінних, що спотворюють результати;
4) точна реєстрація всіх експериментів і запис всіх отриманих результатів;
5) одержання достатньої кількості даних, щоб їх можна було вважати статистично достовірними.
Як писав Мендель, «вірогідність і корисність всякого експерименту визначаються придатністю даного матеріалу для тих цілей, у яких він використовується».
Необхідно, однак, відзначити, що у виборі експериментального об'єкта Менделю в чомусь і просто повезло: у спадкуванні відібраних ним ознак не було ряду більш складних особливостей, відкритих пізніше, таких як неповне домінування, залежність більш ніж від однієї пари генів, зчеплення генів.
Наукова сумлінність змусила Менделя розтягти свої досліди на довгі вісім років.
Вісім разів цвів горох у його садку. На кожен гороховий кущик Мендель заповнював окрему картку (10000 карток!), де була приведена докладна характеристика рослини по цих семи пунктах. Записи в них прискіпливо акуратні: коли батьківська рослина вирощена, які квіти в неї були, чиїм пилком зроблене запліднення, які горошини – жовті чи зелені, гладкі чи зморшкуваті – отримані, які квіти – забарвлення по краях, забарвлення в центрі – розпустилися, коли отримано насіння, скільки з них жовтих, скільки зелених, круглих, зморшкуватих, скільки з них відібрано для посадки, коли вони висаджені і так далі...
Мета кожного даного досліду і полягала саме в тому, щоб спостерігати ці зміни для кожної даної пари розбіжних ознак, з'єднаних у гібридних формах, і вивести закон, по якому ці ознаки переходять з покоління в покоління.
Скільки тисяч разів Мендель переносив пінцетом пилок однієї квітки на рильце маточки іншої! Протягом двох років Мендель копітко перевіряв чистоту ліній гороху. З покоління в покоління в них повинні були виявлятися тільки ті самі ознаки. Потім став схрещувати рослини з різними ознаками, одержувати гібриди (помісі).
Що він з'ясував?
Якщо одна з рослин-батьків мала зелені горошини, а друга - жовті, то всі горошини їхніх нащадків у першому поколінні будуть жовтими.
Пара рослин з високим стеблом і низьким стеблом дасть потомство першого покоління тільки з високим стеблом.
Пара рослин з червоними і білими квітками дасть потомство першого покоління тільки з червоними квітками. І так далі.
Мабуть, уся справа в тому, від кого саме - "батька" чи "матері" - одержали нащадки свої ознаки? Нічого подібного. Як це не дивно, але це не мало ніякого значення.
Отже Мендель точно установив, що ознаки "батьків" не "зливаються" воєдино ( червоні і білі квітки не перетворюються в нащадків цих рослин у рожеві). Це було важливе наукове відкриття. Чарльз Дарвін, наприклад, вважав інакше.
Пануючу у першому поколінні ознаку ( наприклад, червоні квіти) Мендель назвав домінантною, а "відступаючу" ознаку (білі квітки) - рецесивною.
Що ж відбудеться в наступному поколінні? Виявляється, у "онуків" знову "спливуть на поверхню" подавлені, рецесивні ознаки їхніх "бабусь" і "дідусів". На перший погляд утворюється плутанина. Приміром, колір насіння буде в "дідуся", забарвлення квітів - у "бабусю", а висота стебла - знову в "дідуся". І в кожної рослини - по-різному. Як у всьому цьому розібратися? Та й чи мислимо це?
Сам Мендель визнав, що для вирішення цього питання "була потрібна мужність".
Блискуча знахідка Менделя полягала в тому, що він не став вивчати примхливі комбінації, сполучення ознак, а розглянув кожну ознаку окремо.
Він вирішив точно підрахувати, яка частина нащадків одержить, наприклад, червоні квітки, а яка - білі, і установити числове співвідношення по кожній ознаці. Це був зовсім новий підхід для ботаніки. Настільки новий, що випередив розвиток науки на цілих три з половиною десятиліття. І залишався весь цей час незрозумілим.
Числове співвідношення, установлене Менделем, було досить несподіваним. На кожну рослину з білими квітками приходилося в середньому три рослини з червоними. Майже точно - три до одного!
При цьому червоне чи біле забарвлення квіток, наприклад, ніяк не впливає на жовтий чи зелений колір горошин. Кожна ознака успадковується незалежно від іншої.