Οι νόμοι του Μέντελ

Ένας μοναχός, ένας κήπος και χιλιάδες μπιζέλια

Στα μέσα του 19ου αιώνα, στον κήπο ενός μοναστηριού στο Μπρνο (στη σημερινή Τσεχία), ένας μοναχός μετρούσε μπιζέλια. Λεγόταν Γκρέγκορ Μέντελ (Gregor Mendel) και, μέσα σε περίπου οκτώ χρόνια, διασταύρωσε και κατέγραψε δεκάδες χιλιάδες φυτά.

Την εποχή του οι περισσότεροι πίστευαν ότι τα γνωρίσματα των γονιών ανακατεύονται στο παιδί, όπως δύο χρώματα μπογιάς. Αν ίσχυε αυτό, ένα κίτρινο και ένα πράσινο μπιζέλι θα έδιναν απογόνους σε κάποια ενδιάμεση απόχρωση — και η απόχρωση δεν θα ξεχώριζε ποτέ ξανά.

Ο Μέντελ είδε κάτι άλλο: ένα γνώρισμα μπορεί να εξαφανιστεί για μία γενιά και να ξαναεμφανιστεί ακέραιο στην επόμενη. Κάτι λοιπόν περνάει από γενιά σε γενιά σαν ξεχωριστό «κομμάτι», χωρίς να ανακατεύεται.

Το δημοσίευσε το 1866. Κανείς δεν το πρόσεξε. Η δουλειά του ανακαλύφθηκε ξανά το 1900, δεκαέξι χρόνια μετά τον θάνατό του — και σήμερα τον λέμε πατέρα της Γενετικής.

Γιατί μπιζέλια

Η επιλογή δεν ήταν τυχαία:

• Το μπιζέλι έχει γνωρίσματα με δύο καθαρές μορφές, χωρίς ενδιάμεσες: σπέρμα κίτρινο ή πράσινο, λείο ή ρυτιδωμένο, άνθος μωβ ή λευκό.
• Αυτογονιμοποιείται μόνο του, αλλά ο Μέντελ μπορούσε να κάνει και διασταύρωση με το χέρι: έκοβε τους στήμονες ενός άνθους και έφερνε με ένα πινελάκι γύρη από άλλο φυτό.
• Δίνει πολλούς απογόνους σε μία χρονιά. Και ο Μέντελ ήξερε ότι μόνο με μεγάλους αριθμούς φαίνεται ένας κανόνας.

Ξεκίνησε με αμιγή στελέχη: φυτά που, όσες γενιές κι αν αυτογονιμοποιούνταν, έδιναν πάντα το ίδιο γνώρισμα.

Το πείραμα: τρεις γενιές

Διασταύρωσε ένα αμιγές φυτό με κίτρινα σπέρματα με ένα αμιγές φυτό με πράσινα. Αυτή είναι η πατρική γενιά (P).

Όλοι οι απόγονοι της πρώτης θυγατρικής γενιάς (F1) είχαν κίτρινα σπέρματα. Όλοι. Το πράσινο είχε χαθεί.

Μετά άφησε τα φυτά της F1 να αυτογονιμοποιηθούν. Στη δεύτερη θυγατρική γενιά (F2) το πράσινο ξαναφάνηκε:

Κοίτα την τελευταία στήλη. Επτά διαφορετικά γνωρίσματα μελέτησε ο Μέντελ, και σε όλα έβγαινε ο ίδιος αριθμός: περίπου 3 προς 1.

Η εξήγηση: δύο αντίγραφα σε κάθε φυτό

Ο Μέντελ δεν ήξερε τίποτα για DNA ή χρωμοσώματα. Εσύ ξέρεις — τα είδες στα δύο προηγούμενα μαθήματα. Με αυτά, η εξήγησή του γίνεται πολύ πιο καθαρή.

Κάθε γνώρισμα ελέγχεται από ένα γονίδιο. Επειδή τα χρωμοσώματα είναι σε ζεύγη, κάθε οργανισμός έχει δύο αντίγραφα του γονιδίου: ένα από τον έναν γονέα και ένα από τον άλλο.

Οι διαφορετικές μορφές του ίδιου γονιδίου λέγονται αλληλόμορφα. Για το χρώμα του σπέρματος υπάρχουν δύο:

• το Κ, που δίνει κίτρινο χρώμα, και
• το κ, που δίνει πράσινο.

Όταν ένα φυτό έχει και τα δύο (Κκ), φαίνεται κίτρινο. Το Κ λέγεται επικρατές αλληλόμορφο, γιατί «κερδίζει» όταν είναι παρόν. Το κ λέγεται υπολειπόμενο: φαίνεται μόνο όταν το φυτό έχει δύο αντίγραφά του (κκ). Γι' αυτό το επικρατές γράφεται με κεφαλαίο και το υπολειπόμενο με μικρό γράμμα.

Δύο ζεύγη λέξεων που θα χρησιμοποιείς συνέχεια:

Τώρα το πείραμα εξηγείται:

• P: ΚΚ (κίτρινο) × κκ (πράσινο). Ο πρώτος δίνει μόνο γαμέτες Κ, ο δεύτερος μόνο κ.
• F1: όλοι Κκ. Έχουν κρυμμένο το κ, αλλά φαίνονται κίτρινοι.
• F2: Κκ × Κκ. Εδώ χρειάζεται ένα εργαλείο.

Το τετράγωνο του Punnett

Ο Βρετανός γενετιστής Ρέτζιναλντ Πάνετ (Reginald Punnett) σκέφτηκε έναν απλό πίνακα: τους γαμέτες του ενός γονέα τους γράφεις πάνω, του άλλου στο πλάι, και σε κάθε κουτί ενώνεις ό,τι έχει η γραμμή του με ό,τι έχει η στήλη του. Κάθε κουτί είναι ένας ισοπίθανος συνδυασμός.

Διασταύρωσε δύο φυτά μπιζελιού

Ξεκινάς με δύο ετερόζυγα φυτά της F1. Μέτρησε τα κουτιά. Μετά άλλαξε τον έναν γονέα σε κκ και δες πώς αλλάζει η αναλογία.

Πρώτος γονέας

ΚΚΚκκκ

Δεύτερος γονέας

ΚΚΚκκκ

Γαμέτες και απόγονοι

	Κ	κ
Κ	ΚΚ	Κκ
κ	Κκ	κκ

Γονότυποι: 1/4 ΚΚ · 2/4 Κκ · 1/4 κκ

Φαινότυποι: 3/4 κίτρινα σπέρματα · 1/4 πράσινα σπέρματα

Στη διασταύρωση Κκ × Κκ τα τέσσερα κουτιά δίνουν:

• 1 ΚΚ, 2 Κκ, 1 κκ: αναλογία γονοτύπων $1:2:1$,
• 3 κίτρινα και 1 πράσινο: αναλογία φαινοτύπων $3:1$.

Αυτό είναι το $3:1$ του Μέντελ. Δεν είναι κανόνας που αποστηθίζεις. Είναι τέσσερα κουτιά που μετράς.

Πώς ξέρεις τι κρύβει ένα κίτρινο μπιζέλι;

Ένα κίτρινο φυτό μπορεί να είναι ΚΚ ή Κκ. Ο φαινότυπος είναι ίδιος· ο γονότυπος όχι. Πώς το ξεχωρίζεις;

Το διασταυρώνεις με ένα πράσινο (κκ), που δίνει μόνο γαμέτες κ. Αυτή λέγεται διασταύρωση ελέγχου:

• Αν είναι ΚΚ, όλοι οι απόγονοι είναι Κκ, δηλαδή όλοι κίτρινοι.
• Αν είναι Κκ, οι μισοί απόγονοι παίρνουν κ και από τους δύο γονείς: περίπου μισοί κίτρινοι, μισοί πράσινοι.

Δοκίμασέ το στο τετράγωνο πιο πάνω: βάλε τον έναν γονέα κκ και άλλαξε τον άλλον από ΚΚ σε Κκ.

Δύο γνωρίσματα μαζί

Ο Μέντελ παρακολούθησε και δύο γνωρίσματα ταυτόχρονα, π.χ. χρώμα και σχήμα σπέρματος. Βρήκε ότι το ένα δεν επηρεάζει το άλλο: ένα κίτρινο σπέρμα μπορεί να είναι λείο ή ρυτιδωμένο με τις ίδιες πιθανότητες όπως ένα πράσινο.

Αυτός είναι ο νόμος της ανεξάρτητης μεταβίβασης (2ος νόμος του Μέντελ): γονίδια για διαφορετικά γνωρίσματα μεταβιβάζονται ανεξάρτητα το ένα από το άλλο.

Σήμερα ξέρουμε ότι ισχύει για γονίδια που βρίσκονται σε διαφορετικά ζεύγη χρωμοσωμάτων. Γονίδια που βρίσκονται πολύ κοντά στο ίδιο χρωμόσωμα τείνουν να περνάνε μαζί. Ο Μέντελ, τυχερά ή έξυπνα, διάλεξε γνωρίσματα που δεν έπεφταν σε αυτή την εξαίρεση.

Ας το κάνουμε μαζί

Δοκίμασέ το πρώτα. Μετά δες τη λύση.

Δείξε τη λύση

Δοκίμασέ το πρώτα. Μετά δες τη λύση.

Δείξε τη λύση

Δοκίμασέ το πρώτα. Μετά δες τη λύση.

Δείξε τη λύση