თუ თქვენ ხედავთ ამ შეტყობინებას, ესე იგი საიტზე გარე რესურსების ჩატვირთვისას მოხდა შეფერხება.

If you're behind a web filter, please make sure that the domains *.kastatic.org and *.kasandbox.org are unblocked.

ძირითადი მასალა

მენდელი და მისი ბარდა

როგორ შექმნა ავსტრიელმა ბერმა, გრეგორ მენდელმა, გენეტიკის საფუძველი. მენდელის ცხოვრება, ცდები და ბარდა.

როგორ შევისწავლით მემკვიდრეობითობას?

ოჯახთან, მეგობრებთან ან მეზობლებთან ყოფნისას, ალბათ, შეგიმჩნევიათ, რომ მრავალი ნიშან-თვისება ოჯახურია. მაგალითად, ერთი ოჯახის წევრებს შესაძლოა, მსგავსი ნაკვთები, თმის იშვიათი ფერი (როგორც ამ და-ძმას ქვედა სურათზე) ან ჯანმრთელობის პრობლემები, მაგალითად, დიაბეტისკენ მიდრეკილება, ჰქონდეთ. ასეთ ოჯახურ ნიშან-თვისებებს ხშირად გენეტიკური საფუძველი აქვთ, ანუ ისინი დამოკიდებულნი არიან მშობლებისგან მიღებულ გენეტიკურ ინფორმაციაზე.
სურათის წყარო: „და, ძმა, პორტრეტი, წითური," ავტორი Adina Voicu (CC0, საჯარო დომენი).
ვთქვათ, გსურთ, გაიგოთ, როგორ გადაეცემა გენეტიკური ინფორმაცია თაობიდან თაობას. მაგალითად, გაინტერესებთ, როგორ „გამოტოვებს" რაიმე ნიშან-თვისება ერთ თაობას ან რატომ აქვს ოჯახში ერთ ბავშვს გენეტიკური დაავადება, მეორეს კი — არა. ამ კითხვებს მეცნიერულად როგორ ჩამოაყალიბებდით და გამოიკვლევდით?
პირველ ყოვლისა, რა თქმა უნდა, გადაწყვეტდით, მემკვიდრეობითობა პირდაპირ ადამიანებში შეგესწავლათ, მაგრამ, აღმოაჩენდით, რომ ეს ცოტა საფრთხილი რამაა (ახსნა იხ. ქვემოთ). ამ სტატიაში გავიგებთ, როგორ დაადგინა ავსტრიელმა ბერმა, გრეგორ მენდელმა, მეცხრამეტე საუკუნეში მემკვიდრეობითობის ძირითადი კანონები მარტივი, ნაცნობი სისტემის, ბარდის გამოყენებით.

ბერი ბაღში: გრეგორ მენდელი

იოჰან გრეგორ მენდელი (1822-1884), რომელსაც ხშირად „გენეტიკის მამას“ უწოდებენ, მასწავლებელი, თავად სამუდამო მოსწავლე, მეცნიერი და მორწმუნე კაცი იყო. სამართლიანი იქნება, თუ ვიტყვით, რომ მენდელი საკმაოდ ძლიერი ნებისყოფის ადამიანი იყო: მან საკმაოდ დიდი სირთულეების მიუხედავად მოახერხა ბიოლოგიის რამდენიმე უმნიშვნელოვანესი აღმოჩენის გაკეთება.
სურათის წყარო: „მენდელის ექსპერიმენტები და ალბათობის კანონები: სურათი 1," მფლობელი ოპენსტაქსის კოლეჯი, ბიოლოგია (CC BY 3,0).
ახალგაზრდობაში მენდელს უჭირდა სწავლის საფასურის გადახდა ოჯახის ხელმოკლეობის გამო. ამასთან ერთად მას ფიზიკური დაავადებები და დეპრესიაც ჰქონდა. მენდელმა, ყველაფრის მიუხედავად, მაინც დაამთავრა საშუალო სკოლაცა და უნივერსიტეტიც1. ამის შემდეგ იგი წმ. თომას სახელობის ავგუსტინურ მონასტერში ბერად აღიკვეცა, ბრნოში, რომელიც ამჟამად ჩეხეთს ეკუთვნის. მაშინ მონასტრები კულტურისა და ინტელექტის ცენტრი იყო და მენდელიც მაშინვე გაეცნო ახალ სწავლებებსა და იდეებს1.
მისი გადაწყვეტილება, ბერად აღკვეცილიყო (მამამისის მოთხოვნის წინააღმდეგ, რომელსაც სურდა, ვაჟი ოჯახის მეურნეობას გასძღოლოდა), როგორც ჩანს, ნაწილობრივ განპირობებული იყო მეცნიერებაში ჩართვის სურვილით2. მონასტრის მხარდაჭერით მენდელმა შეძლო, ფიზიკა, ბოტანიკა და ბუნებისმეტყველება ესწავლებინა სკოლასა და უნივერსიტეტში.

მემკვიდრეობითობის შესწავლა

1856 წელს მენდელმა ათწლეულოვანი კვლევა დაიწყო მემკვიდრეობითობის კანონზომიერებების შესასწავლად. იგი ჯერ თაგვებზე ატარებდა ექსპერიმენტებს, შემდეგ ფუტკრებსა და მცენარეებზე გადაერთო და ბოლოს, გადაწყვიტა, პირველად სამოდელო სისტემად ბარდა აერჩია2. სამოდელო სისტემა ორგანიზმია, რომლის მეშვეობითაც მეცნიერები უფრო ადვილად სწავლობენ რაიმე საკითხს, მაგალითად, ნიშან-თვისებების დამემკვიდრებას. სამოდელო ორგანიზმის შესწავლით მკვლევრებს შეუძლიათ, დაადგინონ ზოგადი პრინციპები, რომლებიც სხვა, უფრო რთულად შესასწავლ ორგანიზმებსა და ბიოლოგიურ სისტემებშიც მოქმედებს, მაგალითად, ადამიანებში.
მენდელმა მემკვიდრეობითობა ბარდის შვიდ სხვადასხვა ნიშან-თვისებაზე შეისწავლა, მათ შორის იყო სიმაღლე, ყვავილის ფერი, მარცვლის ფერი და ფორმა. მან, პირველ ყოვლისა, შეარჩია საპირისპირო ნიშნების მქონე ბარდები, მაგალითად, მაღალი და დაბალი, და მათი რამდენიმე თაობა გაზარდა, სანამ წმინდა ხაზის მცენარეები არ მიიღო (წმინდა ხაზისაა ორგანიზმი, როცა მისი შთამომავლობა ყოველთვის მშობლის იდენტურია). წმინდა ხაზის, საპირისპირო თვისებების მქონე ბარდების შეჯვარებით მენდელი სწავლობდა, როგორ გადაეცემოდა ეს ნიშან-თვისებები მემკვიდრეობით.
მენდელი არამარტო იმას აღნუსხავდა, თუ როგორ გამოიყურებოდა მცენარეები თითოეულ თაობაში, არამედ ყოველი საკვლევი ნიშნის მქონე ბარდების ზუსტ რაოდენობასაც კი ითვლიდა. მისდა გასაკვირად, აღმოჩნდა, რომ შვიდივე საკვლევი თვისება ძალიან მსგავსი კანონზომიერებით გადაიცემოდა:
  • ერთი თვისება ან ფორმა, მაგალითად, სიმაღლე, ყოველთვის გადაფარავდა მეორეს, მაგალითად, მცენარის სიდაბლეს, შეჯვარების შედეგად მიღებულ პირველ თაობაში. მენდელმა გამოვლენილ, „ძლიერ“ ნიშან-თვისებას დომინანტური უწოდა, დამალულს, გადაფარულს კი — რეცესიული.
  • მეორე თაობაში მცენარეები თვითგანაყოფიერებით (თვითდამტვერვით) გამრავლდნენ და შემდეგ თაობაში დამალული ნიშან-თვისება ისევ გამოჩნდა, მცირე ნაწილში. უფრო კონკრეტულად, დომინანტური თვისების მქონე ყოველ 3 მცენარეზე (მაგ., მაღალზე) მოდიოდა რეცეიული თვისების მქონე 1 მცენარე (მაგ., დაბალი), ანუ ეს ორი ნიშან-თვისება 3:1 ფარდობით ვლინდებოდა.
  • მენდელმა ისიც აღმოაჩინა, რომ ნიშან-თვისებები დამოუკიდებლად გადაიცემოდა: ერთი თვისება, მაგალითად, სიმაღლე, გავლენას არ ახდენდა სხვების, მაგალითად, ყვავილის ფერის ან მარცვლის ფორმის, მემკვიდრეობით გადაცემაზე.
_სურათის წყარო: „მენდელის შვიდი ნიშან-თვისება," ავტორი Mariana Ruiz Villareal (საჯარო დომენი)._
1865 წელს მენდელმა დაახლოებით 30 000 ბარდაზე ჩატარებული ექსპერიმენტების შედეგები ბუნების ისტორიის ადგილობრივ საზოგადოებას წარუდგინა. აღმოჩენილი კანონზომიერებების, მიღებული მონაცემებისა და შედეგების მათემატიკური ანალიზის საფუძველზე, მენდელმა წამოაყენა მემკვიდრეობითობის შემდეგი მოდელი:
  • ნიშან-თვისებებს, როგორიცაა ყვავილის ფერი, მცენარის სიმაღლე და მარცვლის ფორმა, განსაზღვრავდა მემკვიდრეობის ფაქტორთა წყვილები და არსებობდა ამ ფაქტორთა სხვადასხვანაირი ვარიანტები.
  • ფაქტორის ერთ ვარიანტს (დომინანტურს) შეეძლო, მეორე (რეცესიული) გადაეფარა.
  • ფაქტორთა წყვილი გამეტების წარმოქმნის პროცესში განცალკევდებოდა, ამიტომ თითოეული გამეტა (კვერცხუჯრედი ან სპერმია) მხოლოდ ერთ ფაქტორს იღებდა, შემთხვევითად.
  • სხვადასხვა ნიშან-თვისებების განმსაზღვრელი ფაქტორები ერთმანეთისგან დამოუკიდებლად გადაეცემოდა მემკვიდრეობით.
იმას, თუ როგორ მივიდა მენდელი ამ დასკვნებამდე, განვიხილავთ სტატიებში სეგრეგაციის კანონისა და ალელთა დამოუკიდებლად გადანაწილების კანონის შესახებ. 1866 წელს მენდელმა თავისი შედეგები და მემკვიდრეობითობის მოდელი გამოაქვეყნა ბრუნის ბუნების ისტორიის საზოგადოების გამოცემაში, სათაურით ექსპერიმენტები მცენარეთა ჰიბრიდიზაციაზე3,4.

სამეცნიერო მნიშვნელობა

მენდელის ნაშრომი დიდწილად შეუმჩნეველი დარჩა იმდროინდელ სამეცნიერო საზოგადოებაში მისი სიცოცხლის მანძილზე. როგორ მოხდა ეს?
მენდელის ნამუშევრის მნიშვნელობას მისი თანამედროვე მეცნიერები ვერ ჩასწვდნენ ნაწილობრივ იმიტომ, რომ იგი მემკვიდრეობითობის იმ დროს გავრცელებულ იდეებს ეწინააღმდეგებიდა. ამასთანავე, დღეს მენდელის მათემატიკური მიდგომა ბიოლოგიისადმი კი ინოვაციურად და პიონერულად მიგვაჩნია, მაგრამ მაშინ ეს ახალი, უცხო და, ალბათ, დამაბნეველი და არც ისე ჭკვიანური იყო მეცნიერებისთვის5.
მე-19 საუკუნის შუაში, მაშინ, როცა მენდელი ექსპერიმენტებს ატარებდა, მრავალი მეცნიერი შერევითი მემკვიდრეობითობის იდეას ემხრობოდა. ეს იყო არა ოფიციალური, სამეცნიერო თეორია, არამედ ზოგადი მოდელი, რომლის მიხედვითაც მშობლების ნიშან-თვიებები ერთმანეთს ერეოდა და ისე ვლინდებოდა შთამომავლობაში (ანუ შთამომავლობაში მათი შუალედური ფორმა, ნარევი ვლინდებოდა)6. შერევითი მოდელი საკმაოდ კარგად შეესაბამებოდა ადამიანის მემკვიდრეობითობის ზოგ თავისებურებას: მაგალითად, შვილები ხშირად ცოტ-ცოტა ორივე მშობელს ჰგვანან.
მაგრამ შერევითი მოდელით ვერ აიხსნებოდა, თუ რატომ მიიღო მენდელმა მაღალი და დაბალი ბარდების შეჯვარებისას მხოლოდ მაღალი მცენარეები ან მათი თვითგანაყოფიერების შედეგად მომდევნო თაობაში მაღალი და დაბალი ბარდების 3:1 შეფარდება რატომ გამოვლინდა. თუ შერევითი მოდელი სწორი იყო, მენდელს მაღალი ბარდის დაბალთან შეჯვარებისას საშუალო სიმაღლის მცენარეები უნდა მიეღო და მათი მომდევნო თაობაც საშუალო სიმაღლის უნდა ყოფილიყო (იხ. ქვემოთ).
_სურათის წყარო: „მენდელის შვიდი ნიშან-თვისება," ავტორი Mariana Ruiz Villareal (საჯარო დომენი)._
აღმოჩნდა, რომ როგორც ბარდის, ასევე ადამიანის სიმაღლე (სხვა ბევრ ნიშან-თვისებასთან ერთად ბევრ სხვადასხვა ორგანიზმში) კონტროლდება მემკვიდრეობითი ფაქტორებით, რომლებსაც სხვადასხვა ვარიანტები შეიძლება ჰქონდეს და წყვილ-წყვილადაა თითოეულ ორგანიზმში წარმოდგენილი, ზუსტად ისე, როგორც მენდელი ვარაუდობდა. თუმცა ადამიანებში ბევრი სხვადასხვა ფაქტორი ანუ გენია პასუხისმგებელი სიმაღლეზე და ისინი სხვადასხვა ინდივიდში სხვადასხვანაირია. ამის გამო რთულდება რომელიმე კონკრეტული ფაქტორის წვლილის დანახვა და ვიღებთ ისეთ მემკვიდრეობით კანონზომიერებებს, რომლებიც შერევას ჰგავს. მენდელის ექსპერიმენტებში კი პირიქით, მხოლოდ ერთი ფაქტორი იყო განსხვავებული მაღალ და დაბალ ბარდებს შორის, რამაც მას საშუალება მისცა, ცხადად დაენახა მემკვიდრეობითობის კანონზომიერება.
1868 წელს მენდელი აბატი გახდა თავის მონასტერში და სამეცნიერო მოღვაწეობა თითქმის შეწყვიტა წინამძღვრის მოვალეობების შესასრულებლად. უმნიშვნელოვანესი სამეცნიერო აღმოჩენები მისი სიცოცხლის მანძილზე შეუმჩნეველი და უცნობი დარჩა. მეტიც, ეს ნაშრომი 1900 წელსღა აღმოაჩინეს თავიდან, გაიმეორეს და გააცოცხლეს. მისი ხელმეორედ აღმომჩენი მეცნიერები ბიოლოგები იყვნენ, რომლებიც მემკვიდრეობითობის ქრომოსომული თეორიის აღმოჩენის ზღვარზე იდგნენ - ანუ იმის მიხვედრის, რომ მენდელის „მემკვიდრეობითობის ფაქტორები" ქრომოსომებზე მდებარეობდა.

მენდელის სამოდელო სისტემა: ბარდა

მენდელმა თავისი მთავარი ექსპერიმენტების სამოდელო სისტემად ბარდა (Pisum sativum) შეარჩია. ბარდა მემკვიდრეობითობის შესასწავლად მოსახერხებელი სისტემაა და მას დღემდე იყენებენ გენეტიკოსები.
ბარდას ექსპერიმენტებისთვის გამოსადეგი რამდენიმე თვისება აქვს, მათ შორის სწრაფი სასიცოცხლო ციკლი და უამრავი მარცვლის მიღება შთამომავლობაში. ამასთანავე, ბარდა ძირითადად თვითგანაყოფიერებით მრავლდება, ანუ განაყოფიერების დროს შერწყმული სპერმაცა და კვერცხუჯრედიც ერთი და იმავე მცენარისაა. მენდელმა ეს თვისება თავის სასარგებლოდ გამოიყენა წმინდა ხაზის ბარდების გამოსაყვანად: ის თვითგანაყოფიერებით ამრავლებდა და გადაარჩევდა მცენარეებს მანამ, სანამ მრავალი თაობის შემდეგ ისეთი ინდივიდები არ მიიღო, რომელთა შეჯვარებითაც მუდამ მშობლის იდენტური შთამომავლობა მიიღებოდა (მაგ. მუდმივად დაბალი).
ადვილია ბარდების სურვილისამებრ შეჯვარებაც. ამისთვის ერთი სახის მცენარის მტვრიანებიდან (მამრობითი ორგანო) მეორე სახის, მწიფე მცენარის ბუტკოზე (მდედრობითი ორგანო) გადააქვთ მტვერი. თვითგანაყოფიერების თავიდან ასაცილებლად მენდელმა შეჯვარებამდე უმწიფარი მტვრიანები გულდასმით მოაშორა მტვრის მიმღები მცენარის ყვავილებს.
სურათი ეფუძნება მსგავს ილუსტრაციას რისისა და კოლეგების ავტორობით.7
რადგანაც ბარდებზე მუშაობა ასე ადვილი იყო და შთამომავლობაში მარცვლებიც უხვად მიიღებოდა, მენდელმა მათი მრავალჯერ შეჯვარება, მრავალი მცენარის სათითაოდ შესწავლა შეძლო და დარწმუნდა, რომ შედეგები მუდმივი (არა შემთხვევითი) და ზუსტი იყო (ბევრი მონაცემის წყალობით).

მენდელის ექსპერიმენტი

ერთი ან მეტი საკვლევი ნიშან-თვისების მიმართ წმინდა ხაზის ბარდების (მაგ. მაღალი ან დაბალი) გამოყვანის შემდეგ მენდელმა მცენარეების შეჯვარება და იმის შესწავლა დაიწყო, თუ როგორ გადაეცემოდა ეს ნიშნები მემკვიდრეობით.
პირველ რიგში, მან ერთი წმინდა ხაზის მცენარე მეორესთან შეაჯვარა. პირველად შეჯვარებულ ბარდებს P, ანუ მშობლების თაობა, ეწოდება (Parent - მშობელი).
მენდელმა P თაობის შეჯვარებით მიღებული მარცვლები შეაგროვა და მათგან მცენარეები გაზარდა. მათ F1 თაობა ეწოდა, რაც შვილების პირველ თაობას ნიშნავს. (Filius ლათინურად „ვაჟია", შესაბამისად, ეს სახელწოდება არც ისე უცნაურია!)
მას შემდეგ, რაც F1 თაობა შეისწავლა და მათი ნიშან-თვისებები აღნუსხა, მენდელმა ამ მცენარეებს თვითგანაყოფიერების საშუალება მისცა და ისევ უამრავი მარცვალი მიიღო. F1 თაობის მცენარეებისგან მიღებული მარცვლებისგან მან F2, ანუ შვილების მეორე თაობის მცენარეები გაზარდა, რომლებიც კვლავ გულდასმით შეისწავლა და ნიშან-თვისებებიც აღნუსხა.
_სურათის წყარო: „მენდელის შვიდი ნიშან-თვისება," ავტორი Mariana Ruiz Villareal (საჯარო დომენი)._
მენდელმა ექსპერიმენტებში F2 თაობის გარდა F3, F4 და სხვებიც მიიღო, მაგრამ მისი მემკვიდრეობითობის მოდელი ძირითადად პირველი სამი თაობის მონაცემებს ეფუძნებოდა (P, F1, და F2).
მენდელმა უბრალოდ მცენარეების გარეგნობა კი არ აღნუსხა თითოეულ თაობაში (ანუ მაღლები იყვნენ ისინი თუ დაბლები), მან თითოეული ნიშან-თვისების მქონე მცენარეების რაოდენობაც დათვალა. ეს საკმაოდ მძიმე და მოსაწყენი შრომა შეიძლება იყოს, მაგრამ თვლითა და მათემატიკური აზროვნებით მენდელმა თავის დროის ცნობილ მეცნიერებს აჯობა აღმოჩენით (მაგ. ჩარლზ დარვინს, რომელმაც მსგავსი ცდები ჩაატარა, მაგრამ შედეგების მნიშვნელობა ვერ გაიაზრა)5.
მენდელის მემკვიდრეობითობის კანონებზე მეტის გასაგებად, შეგიძლიათ, შემდეგ ბმულებს ესტუმროთ:

გსურთ, შეუერთდეთ დისკუსიას?

პოსტები ჯერ არ არის.
გესმით ინგლისური? დააწკაპუნეთ აქ და გაეცანით განხილვას ხანის აკადემიის ინგლისურენოვან გვერდზე.