Менделизм

МЕНДЕЛИЗМ, совокупность открытых Г. Менделем закономерностей, к-рые в наст, время лежат в  основании науки о наследственности. Работа Менделя появилась в 1866 г. в малоизвестных «Записках об-ва естествоиспытателей» в Брюнне. В  этой работе Мендель с исключительной ясностью сформулировал свои знаменитые законы наследственности. Все значение Менделевских законов было оценено лишь позднее; до 1900 г. работа Менделя была забыта. До подтверждения справедливости законов Менделя учение о наследственности представляло груду разрозненных фактов, причем попытки придать стройность эмпирическим материалам и истолковать их носили чисто умозрительный характер. Такими умозрительными построениями в области наследственности являлись теории Дарвина, Негели, Вейсмана и др. (см. Наследственность). Успех Менделя, к-рый почти в современных терминах излагает основные законы передачи признаков потомству, был основан на крупном исследовательском даровании автора, удачном выборе объекта и на совершенно новом подходе к проблеме. Мендель вместо изучения влияния родителей на потомство во всей совокупности его признаков стал анализировать передачу по наследству отдельных признаков. Свои опыты Мендель проделал на горохе, выбрав для этого семь пар его признаков (семена круглые и морщинистые, желтые и зеленые, окраска цветка белая или лиловая и т. д.). Растения с разными признаками скрещивались Менделем, и оказалось, что в гибриде первого поколения проявлялся признак одного из родителей. В гибриде имеются наследственные задатки от обоих родителей, но проявляется в виде признака только один из них, а другой находится в скрытом состоянии. Признак проявляющийся, который подавляет своего партнера, Мендель назвал доминантным. Из приведенных выше пар признаков доминантными оказались: круглая форма, жел- тая окраска семени, лиловая окраска цветка и т. д. При скрещивании гибридов между собой Мендель во втором поколении наблюдал появление и тех признаков, к-рые в гибриде первого поколения были скрыты. Эти признаки, к-рые выскакивали из-под доминантных, Мендель назвал рецессивными. Напр. при скрещивании круглосемянных гибридов Мендель получил во втором поколении 7 324 семян. Из них круглых было 5 474 и морщинистых 1 850. В опыте наследования окраски семян Мендель получил среди 8 103 семян желтых 6 022 и зеленых 2 081 и т. п. Разбирая цифры расщепления признаков во втором поколении, Мендель сделал гениальное открытие, к-рое сводилось к тому, что он в эмпирических числах уловил простое отношение. Мендель заметил, что на одно семя с рецессивным признаком приходится три с доминантным. Отношение 3D : 1Ви есть знаменитая формула Менделсвского расщепления.—Изучая всех потомков второго поколения, Мендель устанавливает, что среди доминантных особей 2/s совершенно подобны родителям-гибридам и дают в потомстве расщепление в отношении 3D : IE. Одна треть среди доминантных совершенно константна и дает потомство только с доминантным признаком. Рецессивная группа также • оказывается совершенно константной. Т. о. анализ потомства гибридов показывает, что по сути дела расщепление идет в отношении 1 :2:1, если учесть и наследственные свойства потомков, а не только их признаки. Для объяснения этих закономерностей наследования признаков Мендель предложил гипотезу о наследственных задатках. Обозначая задаток доминантного признака через букву А и рецессивного через а, Мендель в следующем виде изображает ход наследования при скрещивании. Родители Ах а, гибрид—Аа. Гибрид, полученный в первом поколении, несет задаток а в скрытом виде, признак его соответствует задатку А. Изучая передачу обоих задатков от гибрида к следующим поколениям, Мендель чрезвычайно остроумно доказывает, что при образовании половых клеток гибрида в половину их попадает задаток А, в другую половину задаток а. Парные задатки никогда не попадают в одну гамету, а всегда расходятся. Если это так, то скрещивание гибридов, по Менделю, рисуется в следующем виде: гибриды Аа х Аа пыльцевые клетки гибридов Ач ,а .яйцевые клетки                      А * а потомки гибридов АА + Аа + Аа + аа. Легко убедиться, что это и есть отношение 1:2:1 или 3:1, если принимать во внимание только внешний вид гибридов, не учитывая их поведения в дальнейших поколениях.—Продолжая свои опыты, Мендель изучил также и одновременное наследование двух пар признаков. Напр. один родитель был взят с круглыми и желтыми семенами, а другой с морщинистыми и зелеными. Гибриды, полученные от них, обладали двумя доминантными признаками, т. е. были круглые и желтые. От гибридов было получено потомство, в к-ром оказались налицо все четыре возможных комбинации исходных признаков: 315 круглых и желтых, 101 морщинистых и желтых, 108 круглых и зеленых и 32 морщинистых и зеленых. Однако если в этом сложном расщеплении изучить расщепление по каждой отдельной паре, то обнаруживается еле- ,789 дующее. Всего круглых 315 + 108=423, морщинистых 101+32=133, желтых 315 + 101=416, зеленых 108+32=140. Легко заметить, что каждая пара признаков расщепляется в отношении 3D : 1R. Это доказывает, что каждая пара признаков наследуется совершенно независимо от другой, а получающееся более сложное расщепление при наследовании двух пар признаков является результатом комбинации двух независимых расщеплений. В этом легко убедиться. Если принять в сложном расщеплении группу 101 или 108 (они практически равны) за°3, тогда 315 необходимо приравнять к 9, а 32 приравнять к 1. Таким путем получается вторая знаменитая Менделевская формула для расщепления двух пар признаков в виде отношения 9D'D2+3D'.R2 + 3D2.R'+lir.R2. Это отношение, как уже указано, есть результат независимой комбинации расщеплений каждой пары признаков, и на самом деле: (3D' : 1R') (3D2:1.R2)=9D'D2+3D'.R2+3D2JR'+1.R'.R2. Необходимо еще остановиться на крупнейшем обобщении Менделя, носящем имя гипотезы «чистоты гамет». Мендель показал, что у гибрида происходит альтернативное распределение задатков. Гибрид Аа образует половину гамет с задатком А и другую половину с задатком а. В силу этого при скрещивании гибрида Аахаа в потомстве получается отношение 1Аа+1аа (такое скрещивание обычно называется обратным). Вместе с тем оба задатка, находясь в гибриде одновременно, ни в какой мере не смешиваются и не изменяют друг друга. Задаток А в такой же мере способен вызывать желтый цвет, в какой он вызывал его, не будучи в гибриде, а задаток а ни в какой мере не потерял способности вызывать зеленый цвет, несмотря на то, что он находится в гибриде в подавленном состоянии. На основании всех полученных фактов Мендель установил три основных закона: 1) закон преобладания, или доминирования; 2)закон расщепления признаков гибрида, причем каждая пара признаков расщепляется совершенно независимо от другой, и 3) гипотезу чистоты гамет, т. е. гипотезу о независимости и устойчивом постоянстве отдельных задатков. Эти три (вернее два последние) важнейших положения легли краеугольным камнем в фундамент современной науки о наследственности, но произошло это через 35 лет после опубликования работы Менделя. Причинами несвоевременной оценки законов Менделя явилось, во-первых, предположение, что Менделевские законы справедливы только в частном случае скрещивания гороха, во-вторых—новаторство в представлении о передаче отдельных признаков и общее состояние науки того времени. В эпоху, когда Мендель устанавливал свои законы, не было ничего решительно известно о материальных носителях наследственности. Только пять лет спустя, в 1870 г., Э. ван Бенеденом было доказано, что яйцо есть истинная клетка, составленная из плазмы и ядра. Только к концу 19 в. были исследованы материальные носители наследственности, к-рыми оказались хромосомы ядра. К этому же времени оканчивается период великих умозрительных теорий наследственности, к-рые создали идею об отдельных наследственных задатках и создали все необходимые предпосылки для экспериментального периода науки о наследственности. Все это обусловило тот факт, что только в 1900 г. три исследователя—Корренс, Чермак и де Фриз—совершенно независимо друг от друга подошли очень близко к открытию Менделев-ских законов и обнаружили забытое сочинение Менделя. С этого момента и по наст, время идет мощное развитие пауки о наследственности, которая утверждает, что ее закономерности универсальны, т. к. распространяются на все организмы, состоящие из клеток с хромосомной структурой ядер. Доказательства того, что законы Менделя распространяются на все растения и животные, включая человека, были получены экспериментальной наукой о наследственности уже в первое десятилетие 20 в. В это же время было признано, что Менделевская закономерность есть полный аналог закономерностям передачи хромосом из поколения в поколение. Хромосомы, как это уже совершенно точно показали исследования второго и третьего десятилетия 20 в., содержат наследственные задатки, ответственные за те или иные признаки организма. Наследственные задатки получили наименование генов по предложению датского ученого Иогансена (1909). С точки зрения хромосомной теории Менделевские закономерности предстали в следующем виде:  

АА Аа Аа аа

Обозначения Р—parentale,F—filiale были предложены Бетсоном , одним из знаменитых первых менделистов. По его  же предложению организмы, обладающие одинаковыми наследственными задатками (АА и аа), называются теперь гомозиготами, ас разными (Аа)—г е т е -роз и готами. Таинственное в значительной степени для Менделя альтернативное расхождение наследственных задатков у гибрида, при к-ром половина его гамет получала А, а другая половина а, оказалось, покоится на механизме редукционного деления, при к-ром в гаметы из каждой пары попадает только по одной хромосоме. В наст, время М. наполнен огромным фактическим содержанием и вместе с тем значительно детализован. Расщепление, касающееся только одной пары признаков, называется теперь моногибридным, с двумя парами—дигибрид-ным, затем тригибридным и т. д.; в общем виде— полигибридным. Для выведения формул ди-гибридяого расщепления (и всякого другого) употребляется способ, называемый ре-шоткой Пеннета (см. Пеннета решотка). Другой вид имеет расщепление при скрещивании дигетерозигота (АаВЬ) с гомозиготной рецессивной формой (ааЪЪ). Дигетерозигот образует 79» 4 сорта гамет (АВ, АЪ, аВ, ab); а рецессив— только один сорт (об). По решотке Пеннета [аЪ 1Аа1ь\АЛщШьГааащ) МЫ ™M> ЧТ0 В ЭТ0М скрещивании получаются четыре различных фенотипа в равных отношениях. Формула расщепления будет—1АаВЬ : lAabb : laaBh: : laabb, в общем виде 1:1:1:1. Если мы изучим расщепление при т р и -гибридном расщеплении, то получим следующее отношение: (3 + 1)3 =27 + 9+9 + 9+3 + + 3 + 3 +1; при тетрагибридном расщеплении отношение будет (3 + 1)4 и т. д. Кор-ренс установил впервые, что формула дигибридного расщепления соответствует биномиальному ряду За + 2(3 • 1) + 1а, и совершенно ясно, что любой сложности расщепление имеет вид бинома (3 + 1)", где п есть число пар расщепляющихся признаков. Однако описанные нами формулы расщепления суть отношения ф е н о т и п о в, т. е. разделение на группы по признакам. Если же учитывать наследственное строение организмов, то совершенно ясно, что формулы окажутся сложнее, т. к. под одним фенотипом скрывается обычно несколько генотипов. Напр. при дигибридном расщеплении в фенотипе QAB мы имеем: 1ААВВ, 2АаВВ, 2ААВЪ, 4AaBb. В фенотипе ЪАЬ— lAAbb, 2Aabb; в ЗаВ—laaBB, 2ааВЬ и в ab— aabb. Формула по генотипу в дигибридном расщеплении имеет стало-быть вид: 1ААВВ+ + 2АаВВ + 2ААВЬ+4АаВЬ + 1ааВВ+2ааВЬ + + lAAbb-\-2AAbb-\-laabb (см. Пеннета ре-шотка). Легко видно, что формула генотипов дигибридного расщепления есть комбинация двух независимых моногибридных формул (1АА+2Аа+1аа) (1ВВ + 2ВЬ + lbb). Стало-быть формула по генотипам любой сложности расщепления (по аналогии с формулой фенотипов) имеет следующий вид: (AA + 2Aa+aa) (ВВ-\-+ 2Bb + bb) (СС+2Сс+ос)... и.—Однако классические формулы Менделевских расщеплений (по фенотипу) могут в значительной степени изменяться при различных типах взаимодействия генов. Напр. при наличии летального гена, проявляющегося в гетерозиготе в виде какого-либо признака, формула моногибридного расщепления вместо 3 : 1 принимает вид 2:1, т. к. среди AA+2Aa+aa категория АА погибает благодаря наличию летального гена в гомозиготном состоянии. При промежуточном проявлении формула имеет вид 1:2:1. Напр. при скрещивании длинноухих и безухих овец все первое поколение оказывается короткоухим (Аа)\ во втором поколении получается 25АА (длинноухих)+5(L4a (короткоухих) и 25оа (безухих). Благодаря наличию промежуточного проявления для нек-рых признаков в наст. время говорят не о законе доминирования, а о законе единообразия первого поколения. Это единообразие может быть осуществлено благодаря доминированию одного признака над другим или благодаря наличию промежуточного наследования. Все случаи изменения дигиб-. ридной формулы от того или иного типа действия генов представлены в следующей таблице (см. ст. 792). Как показывает приведенная таблица, мы имеем 7 основных типов изменений формулы дигибридного расщепления. Первый тип изменений может быть иллюстрирован следующим примером. Скрещивание красных рогатых коров с белым безрогим быком дает в первом поколении всех особей безрогих-чалых. Второе Число фенотипов в Ft Отношение Причина изменения дигибридов 9:3:3:1 Нормальная формула для дигибридов 6:3:2:1:8:1 При промежуточном проявлении одного фактора • 6:2:3:1 Действие летального фаптора 9:4:3 Криптомерия одного гена 12:3:1 Эпистаз 9:7 Криптомерия двух генов 15:1 Полимерия • 2 3:1 Сцепление поколение разбивается на следующие шесть групп: 6 чалых-безрогих (4АаВЬ+2АаВВ), 3 белых-безрогих (2ААВЬ + 1ААВВ), 2 чалых-рогатых (2Aabb), 1 белый-рогатый (lAAbb), 3 красных-рогатых (2ааВЬ + 1ааВВ) и 1 красный-безрогий (laabb).—Действие летального гена видно из следующего примера. Скрещивание кур дигетерозиготов по гену курчавости, к-рый вместе с тем является рецессивно летальным, и гену белого цвета (АаВЬ хАаВЬ) даст следующее F2: 6 курчавых-белых (т. к. из 9 АВ погибли 2ААВЬ и 1ААВВ), 2 курчавых-черных (из 3 погибла lAAbb), 3 белых-гладких и 1 черная-гладкая.—Принцип криптомерии сводится к нахождению нек-рых генов в скрытом состоянии и их проявлению только в комбинации с другими факторами. Напр. скрещивание вороной лошади с рыжой (в к-рой скрыт ген гнедой окраски) дает все потомство гнедое. В случае скрещивания вороной с рыжей, к-рая не имеет криптомерного фактора гнедой окраски, все потомство оказывается рыжим. Потомство гнедых в первом случае разделяется на 3 группы: 9 АВ (гнедые), 3 Ab (вороные) и 4 рыжие (laabb и З&В).—В случае эпистаза получается покрывание одного доминантного гена другим. Напр. у кролика фактор серой окраски эгатстатичен над фактором коричневой. В силу этого от дигетерози-готных форм (АаВЬ) получается три категории потомков: 12 серых (9 АВ+3 Ab), 3 черных (3 аВ) и 1 коричневый (lab).—В случае криптомерии двух генов наличие того или иного признака определяется действием двух генов. Напр. ломкость у ячменя определяется совокупным действием двух гонов, и при скрещивании неломкого ячменя (АА b b) с неломким же (ааВВ) мы получаем ломкий (АаВЬ). F2 от таких растений дает 9 ломких (АВ) и 7 неломких (ЗаВ+ЗАЬ + lab).—В случае полимерно-г о наследования мы встречаемся с генами, действующими однозначно. Напр. черная окраска чешуи овса определяется двумя факторами (А и В). При скрещивании двух таких черных A Abb х ааВВ в первом поколении получаем также черных (АаВЬ). Во втором поколении получаем два фенотипа: 15 черных (9 АВ+ + 3 АЬ+3 аВ) и 1 белый (1 ab).—Наконец в случаях сцепления мы получаем 3 : 1, т. к. здесь по сути дела идет моногибридное расщепление, цотому что два фактора лежат в одной хромосоме. Из всех описанных типов взаимодействия генов особый интерес представляет собой принцип полимерии (см.). По этому типу наследования однозначных факторов передаются многие весьма важные признаки, как напр. длина початка кукурузы, живой вес кроликов, кур, тонина шерсти и длина ее у овец и т. п. У человека по данным Девентторта рост определяется однозначными факторами; ими же определяется окраска кожи. Повидимому темперамент и способности человека имеют в своей основе ряд однозначных факторов. Особая комбинация этих факторов повидимому определяет одаренность человека и т. д. Вообще человек оказывается исключительно богатым объектом по числу особенностей, определяемых доминантными или рецессивными генами, к-рые целиком подчиняются менделевским закономерностям наследования. Наряду с изучением нормальных признаков человека, кка напр. наследование окраски глаз, волос, кожи, формы черепа, телосложения, голоса, роста, изогемаглютипации и т. д., ведется изучение менделирования и многих очень важных пат. форм. Напр. среди б-ней кожи, как указывает Сименс, мы имеем naevus Unna, neurofibromatosis, веснушки (доминантное наследование, темная пигментация эпистатиче-ски покрывает предрасположение к веснушкам), xcroderma pigmentosum (рецессив), eczema, ichthyosis congenita (рецессив), psoriasis, атеромы (доминант) и т. д. Из б-ней глаз наиболее интересным является наследование аномалий рефракции; известно также, что катаракта наследуется почти всегда как доминантный признак; затем наследуются retinitis pig-mentosa (рецессив), дальтонизм (рецессив, сцепленный с полом) (см. Наследственность) и т. д. Из многих других пат. форм большой интерес представляют нервные заболевания. Здесь роль менделистического анализа оказывается настолько большой, что Давиденков думает на основании гибридологического анализа установить биол. классификацию нервных страданий, к-рая не удается на основании клин, и анат. анализа. Эта классификация по словам Давиденкова должна явиться «каталогом генов». К менделирующим признакам оказывается принадлежит огромное число пат. особенностей человека. Наследственными оказываются язвы желудка, диабет, бронхиальная астма, предрасположение к tbc, спазмофилия (понижение функции паращитовидных желез), заячья губа, брахидактилия и т. д. Список наследственных особенностей человека необычайно велик, и, как иногда указывается, по богатству менделирующих генов из млекопитающих с человеком может пожалуй сравниться только собака. Для тех генов, наследование к-рых изучено, оказывается возможным с точностью предсказать как ход наследования каждого из них в дальнейших поколениях, так и все его комбинации с другими генами. В этом смысле говорят об управлении комбинациями генов, к-рое основано на знании законов М. Замечательным примером сознательного создания новой сложной комбинации генов является получение новой породы кур «Шантеклер». В 1908 г. был намечен «проект» курицы промышленного типа, приспособленного к условиям обитания в Канаде. Благодаря ряду искусных' скрещиваний эта порода была создана как комбинация генов из ряда разных пород. Для изучения наследования того или другого признака, а также для изучения наследственного содержания данного организма (т. к. под покровом доминантного фенотипа могут скрываться рецессивные гены и от скрещивания двух совергленно здоровых родителей мы получаем ребенка, отягощенного наследственным страданием, напр. слабоумием, в силу того, что оба родителя были гетерозиготны) существует целая система приемов, получившая название менделистического, или генетического анализа. Меп-делирующие гены повидимому касаются решительно всех особенностей организма (в том числе и человеческого). При сильном нарушении развития организма данный фактор мепде-лирует как летальный ген, во всех же других случаях мы обнаруживаем его как обычный менделирующий фактор. Благодаря независимому сочетанию большого числа независимых менделирующих факторов осуществляется огромное разнообразие наследственных комбинаций. Для человека с его 48 хромосомами ком-бинативная изменчивость может протекать с огромным разнообразием. При образовании гамет из 24 пар хромосом редукционное деление создает 4 096 комбинаций. В каждом браке число возможных типов оказывается стало-быть равным 16 777 216 (4 096x4 096). В каждой семье осуществленными оказываются 3—4 комбинации, но огромное разнообразие наследственных типов человека внутри данной популяции является результатом гл. обр. комбина-тивной изменчивости. Лит,: Мендель Г., Опыты над растительными гибридами, М.—П., 1923; Этапы менделизма, сО. под ред. А. Сапегина, М., 1923; В a t e s о n W., Mendels principles ol heredity, Cambridge, 1930; Fischer E., Versuch einer Genanalyse des Menschen, Ztsclir. f. indukt. Abstammungs-u. Vererbungslchre, p. 127—234, B. L1V, 1930; К a m m e re г Р., Gregor Mendel u. seine Verer-bungslehre mit Ruoksicht auf Hire Bedeutung f. d. med. Wissenschaft, Wien. med. Woehenschr., 1910, p. 2367; Morgan Т., S t u r t e v & n t A., Holler H. a. Bridges C, The mechanism of Mendellan heredity, N. Y., 1923; Pun nett R., Mendelism, L., 1922; Strohmeyer W., Die Bedeutung des Mendelismus I. d. klin. Vercrbungslehre, Deutsch. Klin., Jahrg. 14, Erganzungsband III, p. 331—388, 1919; Wilson J., A manual of mendelism, L., 1916. См. таюне лит. к ст. Мендель и Наследственность.                         Н. Дубинин.