Ученые-биологи. Факты из жизни

Грегор Мендель (1822–1884).

Чешский ученый Мендель родился 22 июля 1822 года в Священной Римской империи, в Австрийском государстве. Сейчас это Чехия. При крещении он был назван Иоганном. Происходит Мендель из крестьянского сословия. Его отец Антон Мендель ухаживал за барским садом и своих детей научил работать в саду и огороде. Он часто брал сына в сад, чтобы делать окулировки и прививки фруктовым деревьям. В то время одноклассный минимум был совершенно обязателен для всех детей, и детей Менделей, Иоганн и две его сестры, учились в общинной школе. Больше всего Иоганну полюбилось естествознание. Его интерес к природе углубил учитель Томаш Маккита, рекомендовавший родителям продолжить образование сына. Сначала Мендель учился в школе в Липнике, которую блестяще окончил и по рекомендации учителей стал учеником гимназии в Троппау, ныне Опава. Но тут с его отцом случилось несчастье: во время работы в саду он получил тяжелую травму и не мог больше поддерживать сына, тогда он вынужден был самостоятельно заботиться о собственном содержании. Он окончил особый курс для кандидатов в учителя и начал зарабатывать уроками (при этом оставался лучшим учеником в гимназии).

Мендель страстно страстно хотел стать учителем и вскоре поступил в филосовские классы при университете в городе Олбьмюнц, сейчас Оломоуц. Но для продолжения учебы нужно было преодолеть материальные трудности. Постоянное недоедание и чрезмерное напряжение сделали свое дело. Он серьезно заболел. Из-за недостатка средств Иоганн должен оставить филосовские классы, если бы не помощь младшей сестры Терезии, которая уступила ему часть своего приданного. Впоследствии, когда Мендель станет настоятелем монастыря, он возьмет на себя все расходы по воспитанию и образованию ее детей.

 Философские классы окончены, но Менделя тянуло к науке. На выбор дальнейшего пути большое влияние на Иоганна оказала его мать. Будучи очень набожной, она хотела, чтобы сын стал священником. Мендель и сам понимал, что такое решение избавит его от забот о собственном содержании, и, самое главное, он получит возможность дальнейшего образования.

В 1843 году Мендель был принят в августинский монастырь святого Томаша и выбрал орденское имя Грегориус. Монастырь в Брно отличался давней культурной традицией. Его настоятель, высокообразованный Франц Напп, подбирая будущих членов монастыря, особое внимание обращал на интеллект кандидатов. Так монахами здесь были филологи, ботаники, музыканты, математики. Они служили Богу, но и были еще педагогами в моравских гимназиях и школах.

Мендель отлично занимался в богословском училище, получил сан и был назначен приходским священником в больницу святой Анны. Но молодой человек не переносил вида страдающих. Поэтому вместо карьеры в духовенстве он едет в город Зноймо преподавать латинский, греческий и немецкий языки в гимназии. Здесь он зарекомендовал себя хорошим учителем и ему предложили ехать поступать в университет. Однако Мендель не выдержал экзаменов, сказалась недостаточная подготовка и занятия по старым учебникам. Он не был знаком с Дарвиным и работами по эволюции млекопитающих, а богословское воспитание не позволило ему зачислить человека в отряд приматов. Но настоятель монастыря Напп нашел материальные возможности, чтобы направить Менделя в Венский университет вольнослушателем. Мендель с большим интересом занимался физикой, зоологией, химией, математикой, в лаборатории одного из первых цитологов мира Унгера анатомию и физиологию растений, эволюцию. Здесь Мендель был принят, будучи еще студентом, членом Венского зоолого-ботанического общества. После двух лет изучения естественных наук Мендель вернулся в Брно, где стал работать преподавателем физики и естественной истории в Брюннской высшей реальной школе. Но так как Мендель в университете изучал лишь выбранные предметы, как вольнослушатель не сдавал экзамены, он не получил диплома и не смог стать профессором.

В монастыре он по-прежнему работал в саду, разводил цветы, даже выращивал в оранжерее ананасы, занимался пчелами, энтомологией, метеорологией.

Для исследования наследственности настоятель Напп выделил Менделю маленький участок земли 35 м × 7 м. Грегору Менделю исполнилось 32 года, когда весной 1854 года на этом участке он посеял горох. Выбор объекта был тщательно продуман: удобство в культивировании, самоопыление, четко выраженные признаки, крупные цветки, хорошо переносящие кастрирование и защищенные от чужой пыльцы, плодовитые гибриды.

Мендель определил задачу – изучить наследование различающихся признаков. По каждому признаку вывел чистые линии. Исследовалось семь пар таких признаков: 1). Форма семян, 2). Окраска семядолей, 3). Окраска кожуры, 4). Форма бобов, 5). Окраска незрелого плода, 6). Расположение цветков, 7). Длина стебля. Ход скрещивания и результаты опытов сейчас подробно описываются во всех школьных учебниках биологии во всех странах мира. Правила наследования, сформулированные Г. Менделем, - классика биологии. Вот эти правила:

* первый закон – единообразия гибридов первого поколения, или правило преобладания одного из родительских признаков, названного доминантным (А) над другим - рецессивным (а);

* второй закон – расщепления гибридов во втором поколении на сходные с родительскими формами группы в отношении 3А : 1а;

* третий закон – независимого расщепления и случайного комбинирования признаков в тех случаях, когда родители различаются по двум или более парам альтернативных наследственных особенностей.

Эксперименты по скрещиванию, проводимые Менделем, были лаконичны, логичны и точно просчитаны. Ученый не использовал термин ген, он говорил наследственный задаток, что, по существу, оно и то же. Мендель вел новые понятия – доминантный и рецессивный признаки и новую символику – буквенные обозначения генов, которыми пользуются современные генетики. Он впервые использовал математический анализ биологических проблем и впервые применил метод вероятностей при случайном сочетании гамет в процессе оплодотворения. Мендель открыл, что признаки живого организма передаются определенными задатками, которые находятся в клетках парами. При образовании половых клеток парные задатки расходятся, и в каждой зрелой половой клетке находится только один из задатков. При оплодотворении задатки от обоих родителей опять соединяются попарно. Это означает, что наследственное вещество дискретно, поэтому комбинации признаков варьируют. Мендель смог объяснить расщепление и свободную комбинацию признаков родителей и потомства.

Результаты опытов ученый изложил в классической работе «Опыты над растительными гибридами». В 1865 году он доложил о своей работе на очередном заседании Естественно-научного общества. Несмотря на то, что общество рассылало свой журнал с опубликованной статьей Менделя научным институтам в различные страны Европы и вне ее, сущность работы осталась непонятной, осталась без внимания. Мендель ждал признания, откликов, ждал хотя бы вопросов. Реакция научного мира - молчание.

Мендель обратился к выдающему немецкому ботанику Карлу Нэгели. Он посоветовал ученому повторить свои опыты на ястребинке, своем излюбленном объекте.

Три года Мендель занимался ястребинками, получал посылки от Нэгели с новыми формами, однако, увы, ничего не получалось. Попробовал также ставить опыты на животных. В своей квартире он держал целый зверинец, но церковное начальство потребовало, чтобы он убрал из кельи белых и серых мышей. Мендель продолжал работать с ястребинками, а они оказались исключением из правил: у ястребинки наблюдается апомиксис, при котором зародыш развивается без оплодотворения. Об этом ученый не знал. Переписка с Нэгели постепенно угасла. Нэгели так и не смог или не захотел понять законы наследования.

Одновременно с опытами по гибридизации Мендель не прекращал работы в саду и в оранжерее, искал новые методы селекции, и нередко выведенные им сорта получали первые премии на выставках.

Настоятель Напп умер в 1867 году. Весной 1868 года одиннадцатью голосами из двенадцати выборщиков новым аббатом был избран Мендель. С новой должностью закончилось и его преподавание в реальном училище, все меньше времени оставалось для научной работы. По обычаю и закону настоятель святого Томаша автоматически занимал важное место в политической и финансовой жизни империи.

Мендель увлекся пчеловодством и по его проекту был сооружен большой каменный пчельник, где обитали местные, каринтийские, кипрские, египетские и даже «нежалящие» пчелы. Он придумал специальный домик для скрещивания этих насекомых, но скрещивания не получалось. Лишь после его смерти ученым удалось провести скрещивание, доказывающее учение Менделя, и получить гибридных пчел.

В январе 1884 года вследствие тяжелой болезни сердца и почек аббат августинского монастыря святого Томаша и основатель генетики Иоганн Грегор Мендель умер. На похороны аббата в монастырской гробнице на центральном кладбище собрался весь Брюнн. В похоронах участвовало много высокопоставленных лиц духовного и светского звания. Но среди участников похорон не было никого, кто бы подумал, что в лице Менделя уходит не только настоятель монастыря, известный своими благодеяниями, но и выдающийся исследователь, имя которого вскоре станет известным во всем культурном и научном мире.

В 1892 году Гучо де Фриз, голландский биолог, начал большую серию экспериментов по скрещиванию растений. Де Фриз исследовал энотеру, мак, дурман. Завершением работы стало изложение законом наследования в «Известиях Германского ботанического общества». В 1900 году немецкий ботаник Карл Корренс, работая с кукурузой, и австриец Эрих Чермак, скрещивая горох, независимо друг от друга пришли к законам наследования. Изучая научную литературу, эти ученые натолкнулись на статью Менделя «Опыты над растительными гибридами». И оказалось, законы наследования открыты им 35 лет назад.

Слава Г. Менделя моментально распространилась в научном мире. Появилась новая наука «генетика» и новые направления исследований. В 1901 году Гучо де Фриз сформулировал теорию мутаций. В 1903 году В. Иоганнсен разработал учение о чистых линиях и наследовании в популяциях. В 1908 году Харди и Вейнберг рассмотрели вероятность распределения генотипов в свободно скрещивающихся популяциях. В 1911 году Томас Морган сформулировал хромосомную теорию наследования. В 1922 году Н. И. Вавилов вывел закон гомологических рядов в наследственной изменчивости. В 1925 году С. С. Четвериков разработал учение о популяциях, Т. Пайнтер изучил функционирование генов в хромосоме. Н. В. Тимофеев-Ресовский в 1934 году разработал атомно-физическую модель гена, позволившую установить законы возникновения мутаций. 1953 год для биологов стал знаменательным: Френсис Крик, Моррис Жю Уилкинс и Джеймс Уотсон построили модель молекулы ДНК в виде двойной спирали. Генетика органически вошла во все биологические науки, сельское хозяйство, медицину. Гениальность Менделя в том, что он увидел идею, сумел объединить факты в стройную логическую теорию.

Город, где прошла вся сознательная жизнь Г. Менделя, до конца 1918 года назывался Брюнн. Сейчас это город Брно, столица Моравии.

Небольшая площадь у августинского монастыря святого Томаша носит имя Грегора Менделя. В бывшей столовой монастыря открыта выставка, где можно видеть документы из жизни ученого, сохранившиеся приборы, которыми он пользовался. Во дворе находится опытный садик, в котором воспроизводятся опыты Менделя по скрещиванию растений. Здесь мемориальная доска. Рядом с садиком установлена статуя ученого. Комплекс, посвященный памяти великого основоположника генетики, называется «Менделианум».

Де Фриз, Де Фрис, (De Vries) Хуго (16.2.1848, Харлем, – 21.5.1935, Люнтерн) – голландский ботаник. Образование получил в Лейдене, Гейдельберге и Вюрцбурге. В 1878–1918 профессор Амстердамского университета и директор ботанического сада. Позднее работал в своем имении в Люнтерне. Де Фриз разработал метод определения осмотического давления у растений и показал, что оно зависит от числа молекул вещества в данном объеме (1877). Один из ученых, вторично открывших законы Менделя; один из основателей учения об изменчивости и эволюции (1900). Наблюдая изменчивость энотеры, Де Фриз пришел к выводу, что вид может внезапно распасться на большое число разных видов. Это явление Де Фриз назвал мутациями и считал, что биологические виды периодически вступают в фазу мутирования. Воззрение это легло в основу «мутационной теории» Де Фриз, которая иногда необоснованно противопоставляется теории Дарвина. Происхождение приспособлений Де Фриз толковал согласно Ч. Дарвину – как результат естественного отбора. Под видом он подразумевал более узкую систематическую категорию, чем Дарвин.

ИСТОРИЧЕСКАЯ СПРАВКА ОБ АРИСТОТЕЛЕ

Аристотель (384–322 гг. до н. э.) – древнегреческий философ и ученый-энциклопедист. Родился в Стагире (Фракия). В 367–347 гг. был учеником Платона в Афинах. В 343–335 гг. – воспитатель будущего полководца Александра Македонского. Создал первую естественную классификацию животных, разделив их на две группы (снабженные кровью и бескровные). Заложил основы описательной и сравнительной анатомии, описал около 500 видов животных.

Наблюдая развитие зародыша в курином яйце, отмечал постепенное образование при этом новых частей организма.

Аристотель был человеком ученейшим во всех науках своего времени. Он доказал шарообразность луны, дал верное объяснение причин появления радуги, определил звук как колебание воздуха. Его имя навсегда осталось бы в науке, даже если бы он занимался только биологией.

Аристотель написал огромный труд «История животных» в 10 томах и создал к нему приложение из 7 атласов по анатомии животных. В своем труде ученый описал 500 видов животных и впервые в науке дал их классификацию.

Аристотель сделал много зоологических открытий. Он заметил развитие трутней из неоплодотворенных яиц, установил биение сердца у куриного зародыша на третий день его развития в яйце, обнаружил во внутреннем ухе животных особый орган – улитку, и др. В своем труде Аристотель заявил, что самка гладкой акулы откладывает «яйца» в собственное тело, где и происходит их развитие. Над этой «выдумкой» ученого смеялись около 200 лет, пока не была доказана правота «отца зоологии».

Крупнейший французский ученый Ж. Кювье писал, что он не может понять, каким образом один человек сумел собрать и сравнить такое множество фактов, предполагавших многочисленные общие знания.

Имеются сведения, что Александр Македонский предоставил в распоряжение своего бывшего воспитателя Аристотеля несколько тысяч человек, которые собирали все, что могли дать охота, ловля птиц, рыболовство. Этим же людям поручалось заботиться о зверинцах, пчельниках, стадах животных, рыбных садках – об этом все должно было быть известным его бывшему учителю.

БИОГРАФИЧЕСКАЯ СПРАВКА ОБ АНТОНИ ВАН ЛЕВЕНГУКЕ

Более 300 лет назад в Голландии жил торговец сукном Антони ван Левенгук. Но торговля его мало интересовала. Он шлифовал осколки стекла и делал линзы, через которые рассматривал все окружающие предметы: мясо, воду, конечности насекомых, растения. Свои открытия он описывал более чем в 300 письмах, которые посылал в Англию, в Лондонское Королевское научное общество.

Он впервые наблюдал и описал бактерии, эритроциты, клетки животных и растений. В 1674 г. им открыты бактерии и простейшие, в 1676 г. описаны пластиды.

В капле воды из кувшина, который стоял во дворе, Левенгук увидел быстро движущиеся существа разных видов в огромном количестве. Он назвал их «анималькули», что означает «зверьки». При нагревании воды «зверьки» прекращали двигаться и при последующем ее охлаждении уже не оживали.

Левенгук не имел образования, не знал латыни, но его изыскания необычны и удивительны для его времени.

БИОГРАФИЧЕСКАЯ СПРАВКА ОБ АБРАГАМЕ ТРАМБЛЕ

В 1740 г. швейцарский ученый Абрагам Трамбле открыл «пресноводного полипа с руками в форме рогов», названного впоследствии пресноводной гидрой.

Абрагам (Абраам) Трамбле родился в 1710 г. в Женеве в знатном семействе. Его детство и юность пришлись на время, когда в Европе многие интеллектуалы обратились к естественной истории. Сам он сначала больше интересовался математикой, чем животными, и когда учился в университете, написал работу по математическому анализу. Окончив учебу, молодой человек отправился на поиски работы в Голландию. Там он поступил гувернером в имение графа Виллема Бентинка близ Гааги. Именно здесь Трамбле проводил свои наблюдения и опыты. С 1740 по 1744 гг. он сделал удивительно много открытий. Трамбле открыл у гидр положительный фототаксис – явление, при котором безглазые животные могут двигаться к свету. Одним из его первых достижений было доказательство того, что из небольшого кусочка, отрезанного от гидры, может регенерировать целый организм. Первый эксперимент состоял в том, что Трабле разрезал гидру поперек и несколько раз в день рассматривал обе части под увеличительным стеклом. Скоро из каждой половинки вырастала целая гидра. В дальнейшем он наблюдал также, как регенерировавшие особи питались.

ЖИЗНЬ И ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ Ч. ДАРВИНА

Чарльз Роберт Дарвин является внуком английского натурфилософа, врача и поэта Эразма Дарвина, автора трансформистских сочинений «Зоономия, или Законы органической жизни» (1794–1796 гг.) и «Храм природы, или Происхождение общества». Ч. Дарвин родился в 1809 г. в Шрусбери. Окончил классическую школу, поступил на медицинский факультет Эдинбургского университета, через два года перевелся в Кембриджский университет, где изучал теологию и получил степень бакалавра. Первые научные доклады он делает в 1826–1827 гг. в Плиниевском обществе. Натуралистическое образование получил под руководством ботаника Дж. Гексло и геолога А. Седжвика.

В 1831–1836 гг. Ч. Дарвин совершает кругосветное путешествие на корабле «Бигл» как натуралист, собрав богатейшие зоологические, палеонтологические, ботанические и геологические коллекции.

В 1836 г., возвратившись из путешествия, из-за болезни покинул Лондон и в 1842 г. переехал в его пригород Даун, где жил все последующие годы. В 1839 г. Ч. Дарвин издал свой знаменитый «Дневник изысканий», где впервые описал множество южноамериканских и островных животных. В этой книге также затронуты вопросы геологии и проблемы общественной и политической жизни южноамериканских индейцев и негров. Разработал теорию происхождения коралловых рифов.

В 1842 г. Дарвин делает первый набросок «Происхождения видов», в котором заложил основы будущей эволюционной теории, а в 1844 г. развивает этот очерк до значительной рукописи. Но пройдет еще 15 лет до тех пор, пока Ч. Дарвин опубликует окончательный вариант своей знаменитой книги – «Происхождение видов путем естественного отбора» (1859 г.).

В 1868 г. Ч. Дарвин публикует второй капитальный труд – «Изменение домашних животных и культурных растений», в котором приводит большой дополнительный материал в доказательство эволюционной идеи. Эта работа закладывает теоретические основы селекции.

В 1871 г. выходит в свет третий фундаментальный труд Дарвина – «Происхождение человека и половой отбор». Ч. Дарвин являлся иностранным членом Петербургской (с 1876 г.), Берлинской (с 1878 г.), Парижской (с 1878 г.) академий наук, почетным членом многих научных обществ, почетным доктором ряда университетов. В 1864 г. награжден медалью им. Г. Копли Лондонского королевского общества.

Умер ученый 19 апреля 1882 г. и был погребен в Вестминстерском аббатстве, месте захоронения многих великих ученых Аглии, рядом с могилой Ньютона.

2. Основные положения эволюционного учения Ч. Дарвина.

Дать представление о главных свойствах живых организмов – изменчивости и наследственности. В качестве примера можно рассмотреть котят или щенят из одного помета. Изменчивость проявляется в том, что детеныши каждой пары животных по некоторым признакам строения отличаются как от своих родителей, так и друг от друга. Раскрыть понятие наследственности и естественного отбора.

Наследственность – это способность родителей передавать типичные признаки своему потомству. Естественный отбор – это выживание животных, лучше других приспособленных к условиям существования в дикой природе, обладающих (по сравнению с другими) теми или иными преимуществами строения или поведения. Условия существования животных являются отбирающим фактором.

Явления изменчивости были известны давно. Давно была известна и способность организмов размножаться в геометрической прогрессии. Именно Ч. Дарвин сопоставил эти два явления в природе и сделал гениальный вывод, кажущийся нам сейчас таким простым: в процессе борьбы за существование выживают лишь те организмы, которые отличаются какими-то полезными в данных условиях особенностями. Следовательно, вероятность выживания особей неодинакова: особи, обладающие хотя бы незначительными преимуществами над остальными, имеют больше шансов выжить и оставить потомство.

Процесс сохранения наиболее приспособленных Ч. Дарвин назвал естественным отбором.

Материалом как для естественного, так и для искусственного отбора являются мелкие наследственные изменения, которые накапливаются из поколения в поколение. Естественный отбор без перерыва происходит в течение многих веков и приводит к образованию форм, наилучшим образом приспособленных к среде обитания.

УЧЕНЫЕ-БИОЛОГИ