Грегор Мендель (1822–1884) — австрийский ученый‑ботаник и послушник Августинского монастыря в городе Брюнн — не только служил Богу, но также работал в госпитале, преподавал математику, изучал физику и цитологию, занимался виноделием, земледелием и садоводством. Во время обучения в Венском университете он увлекся гибридизацией растений и по возвращении в Брюнн принялся экспериментировать в монастырском саду со скрещиванием разных сортов гороха.
Надо заметить, тогда считалось, что при скрещивании родительские признаки либо вовсе не расщепляются («слитная наследственность»), либо наследуются мозаично: одни — от матери, другие — от отца («смешанная наследственность»). В основе этой концепции лежало убеждение, будто в потомстве наследственность родителей смешивается, сливается, растворяется. Однако такие представления не позволяли аргументировать теорию естественного отбора. Ведь если бы при скрещивании наследственные приспособительные признаки в потомстве не сохранялись, а «растворялись», то и отбирать было бы нечего. Дабы избавить свою теорию естественного отбора от неувязок, Ч. Дарвин выдвинул теорию пангенезиса, согласно которой признаки родителей передаются потомству посредством мельчайших частиц геммул, поступающих в половые клетки из всех других клеток организма. Однако и это не могло быть правильным решением вопроса.
Только Менделю в ходе кропотливой работы удалось приоткрыть дверь в тайны генетики.
К проведению своих опытов Грегор готовился два года. Из 34 сортов гороха он выбрал 22, которые четко отличались по каким‑либо признакам. Особенно тщательно проверялась чистота сорта: потомки всех поколений должны были иметь сходство между собой и своими родителями.
Растение для эксперимента ученый выбрал не случайно. Сорта гороха различаются целым рядом хорошо заметных признаков (окраска цветков, окраска и форма семян, расположение цветков, длина стебля). Но главный фактор — способность к самоопылению, ведь это позволяет исследователю опылять одно растение пыльцой другого растения.
В 1856 г. ученый приступил к работе. В отличие от предшественников, он не пытался оценить поколения в целом, а изучал наследование отдельных признаков всеми потомками конкретной пары. Это сужало круг вопросов и давало возможность получить наиболее четкие результаты.
Прежде чем опылить цветок гороха одного сорта другим, Мендель еще до созревания пыльцы обрывал с него тычинки. Позднее, когда рыльце было готово к опылению, ученый наносил на него пыльцу, взятую с цветков нужного сорта, а чтобы растения опылялись только отобранным материалом, выращивал их в специальном домике, недоступном для насекомых, или же надевал на цветки мешочки.
Сначала Грегор скрестил между собой растения с желтыми и зелеными семенами. В результате все гибриды первого поколения оказались желтыми и единообразными, независимо от того, из какого именно семени (желтого или зеленого) выросли материнские/отцовские экземпляры. Значит, оба родителя в равной степени способны передавать свои признаки потомству, сделал вывод Мендель. И сформулировал закон единообразия гибридов первого поколения (первый закон): при скрещивании чистых линий, обладающих взаимоисключающими признаками, все гибриды первого поколения будут иметь признак одного из родителей.
Единицу наследственности ученый назвал фактором (спустя десятилетия этот термин получил название «ген»). Признак, проявляющийся у гибридов первого поколения, обозначил доминантным, а тот, что подавляется, — рецессивным. Как оказалось, сочетание этих признаков дает предсказуемые схемы наследственности.
Далее ученый установил, что во втором поколении у 75 % особей проявляется доминантный признак, а у 25 % — рецессивный (расщепление 3:1). Эта закономерность получила название второго закона Менделя, или закона расщепления.
Третий же закон — независимого наследования признаков — был сформулирован в результате скрещивания растений, которые отличались уже и по цвету, и по текстуре семян. Первая чистая линия гороха имела желтые и гладкие семена, а вторая — зеленые и сморщенные. В итоге гибриды первого поколения получились желтыми и гладкими, а во втором, как и полагается, произошло расщепление: помимо желтых гладких и зеленых морщинистых семян образовались желтые сморщенные и зеленые гладкие варианты — произошла перекомбинация признаков. Следовательно, при дигибридном скрещивании расщепление по каждой паре признаков происходит независимо от других свойств. Это и есть третий закон Менделя.