Скачать (199 Кб)

О Менделе

Борис Володин
Химия и Жизнь №8, 1972 г., с. 62-69

1. ЛЕГЕНДА

Он родился сто пятьдесят лет назад - 22 июля 1822 года. Вот его история, какой она обычно представлялась в жизнеописаниях.

...Иоганн Мендель, сын барщинного крестьянина из чешской Силезии, был талантлив и слаб здоровьем. Он хотел учиться и заниматься наукой, и учился, как говорилось, на медные деньги. Еле сводя концы с концами, перебиваясь грошовыми уроками, он сумел окончить гимназию в Опаве (Троппау) и семинарию при Оломоуцком университете, выпускавшую сельских ксендзов и учителей приходских школ. И окончив ее, осенью 1843 года поступил в принадлежавший ордену августинцев монастырь святого Томаша в Брно (тогдашнем Брюнне), где принял монашеское имя Грегор, которое известно более, чем имя, полученное им при рождении.

Позднее он писал, что в монастырь его загнали нужда и желание заниматься наукой, не заботясь о хлебе насущном.

В монастыре он и получил эту возможность учиться, не заботясь о хлебе. Окончил богословский институт, стал ученым теологом и был рукоположен в священники, однако карьере пастыря душ предпочел карьеру учителя и отправился в Зноймо, маленький городок на юге Моравии, преподавать в гимназии древние языки и математику, а затем - по душевному влечению, да и вакансия освободилась,- переключился на физику и естественную историю.

Однако диплом богослова не давал права преподавать эти предметы. Менделю предложили сдать экзамены на звание учителя. И он блестяще сдал физику и совершенно оскандалился на биологии изложив в сочинении (экзамены были письменными) фантастическую классификацию млекопитающих, где объединил в один отряд кенгуру, зайцев и бобров, а слонов причислил к копытным.

К тому же рукоположенный каноник Мендель не отважился зачислить человека, наделенного бессмертной душой, а отряд приматов вкупе с обезьянами. (Он поставил его вне всех отрядов.)

На этом учительская карьера Менделя временно прервалась.

Однако в те годы служба спасения душ, к которой он принадлежал, официально ведала всеми делами просвещения Австрийской империи. Университеты назывались католическими, а директором школ и гимназий Моравии и Силезии был, между прочим, настоятель монастыря святого Томаша, кстати, человек, не чуждый науке: он был профессор-лингвист. И Мендель, мечтавший о занятиях физикой и естествознанием, был отправлен за счет монастыря вольнослушателем на естественное отделение Венского университета, где получил хорошее образование. После университета он, естественно, больше не относил слонов к отряду копытных и, видимо, уже не вздрагивал при упоминании о четвероруких родственниках человека. Возвратясь, он получил место учителя в только открывшейся Высшей реальной школе, где и преподавал физику, биологию и минералогию до тех пор, пока не умер прежний настоятель монастыря святого Томаша и на место аббата был избран он сам...

А в годы учительства Мендель увлекался экспериментами над растениями и метеорологическими наблюдениями. Он был пунктуален и добросовестен, обладал бесспорными математическими способностями. В течение восьми лет в маленьком - 35 на 7 метров - садике под окнами монастыря он ставил эксперименты по скрещиванию гороха. Работа эта со временем приняла огромные размеры. Мендель собственноручно проделал свыше десяти тысяч скрещиваний. И тщательно протоколируя передачу признаков от растений-родителей по наследству растениям-потомкам, он установил основные принципы этой передачи:

...Доминирование (господство) в первом поколении гибридов признака одного из родителей.

...Проявление приблизительно у четверти гибридов следующего поколения признака другого из родителей, прежде отступившего (рецессивного).

...Независимость передачи одного признака (например, окраски семян) от другого (от формы семян или окраски цветка), в силу которой у гибридного потомства разные признаки предков могут проявляться во всех комбинациях, возможных по числу математических перестановок.

Единственная сохранившаяся страница расчетов Менделя. К каким опытам, над какими растениями она относится - пока не установлено

И в заключение на этих правилах наследственной передачи признаков Мендель построил гипотезу о том, что каждому признаку соответствует один наследственный задаток, или - как он еще писал - элемент, содержащийся в половой клетке каждого из родителей. В оплодотворенном яйце, из которого развивается новый организм, получается сочетание двух задатков, и если признаки, которые они обусловливают, различаются между собой, то в развитии один из этих "противоборствующих" - так он писал в соответствии с бытовавшими взглядами - элементов проявляется, доминирует, а второй задаток оказывается временно как бы подавленным. Но при формировании новых половых клеток элементы расходятся, и каждая яйцеклетка или спермий снова содержит лишь по одному задатку каждого признака. Поэтому при последующих оплодотворениях возникает возможность новых комбинаций, и по законам математических перестановок в 1/4 случаев существует вероятность, что в оплодотворенном яйце окажется пара задатков рецессивного признака, который при этом и проявится. Его гипотеза была единственно возможным логическим объяснением явлений, которые он точно зафиксировал в ходе наблюдений за гибридами гороха и сумел воспроизвести в опытах по скрещиванию других растений - еще около двух десятков видов. И она оказалась пророческой. Мендель постулировал, что передача признаков обусловлена материальными частицами, несущими наследственную информацию, и, кроме того, на основе логических выкладок описал неизвестный еще механизм образования половых клеток, при котором в яйцеклетках и спермиях действительно оказывается половинный набор хромосом, так называемое редукционное деление (мейоз).

Памятник Менделю перед мемориальным музеем в Брно был сооружен в 1910 году на средства, собранные учеными всего мира

Свою работу Мендель доложил на двух заседаниях местного общества естествоиспытателей, но она не была понята провинциальными любителями науки. Правда, конспект доклада все же был в 1866 году опубликован в ежегодном сборнике трудов, который общество издавало. Однако хотя это издание рассылалось в порядке научного обмена в сто двадцать библиотек университетов и обществ испытателей природы - в библиотеки Праги и Вены, Санкт-Петербурга и Москвы, Берлина и Мюнхена, Парижа и Лондона, - трудам провинциальных любителей естествознания ученый мир не уделял большого внимания. И работа Менделя оставалась незамеченной до тех пор, пока в 1900 году сразу четверо биологов - де Фриз, Чермак, Корренс и Бэтсон - независимо один от другого не открыли заново те же самые закономерности, которые исследовал неведомый им монах и учитель из чешского города Брно. Лишь после этого они с удивлением узнали о классической работе, выполненной 35 лет назад. И тогда к Менделю, уже после его смерти, пришла заслуженная слава.

В таких традиционных описаниях истории Менделя и его открытия названы почти все события его жизни, и все же картина былого и трагедия самого Менделя в них оказываются искаженными. Не случайно один из современных западных генетиков с неудовлетворением писал:

"В литературе Мендель предстает перед нами в облике простого и бесхитростного монаха: это способно создать впечатление, будто его открытие явилось делом случая, будто открытие было совершено человеком, далеко стоящим от предмета".

Что неверно в рассказах о Менделе? Мотивы легенды о случайности открытий, ведущие свою традицию еще от знаменитой сказки про Архимедову ванну...

Ни время, ни место научных открытий не бывают случайными, как не достаются они по счастливому везению людям, неподготовленным к их свершению.

2. ВРЕМЯ

Попробуем сделать некоторые сопоставления.

На одиннадцать лет второй половины XIX века пришлось три великих события в биологии.

В 1859 году - Дарвин публикует "Происхождение видов путем естественного отбора".

В 1865 году - Мендель делает доклад "Опыты над растительными гибридами".

В 1869 году - Фридрих Мишер выделяет из клеточных ядер "нуклеин", вещество, которое теперь носит название ДНК.

Есть ли связь между этими работами?

На наш взгляд, есть, как есть и жестокая закономерность в судьбе двух последних работ: труд Дарвина сразу с восторгом принят лучшей частью научной общественности, труд Менделя и труд Мишера были известны каждый буквально десятку биологов, а значение того и другого труда было понято в полном смысле слова единицами.

Дарвин подводит итог исканиям завершившегося полувека - гипотезам Кювье и Гете, Найта и Нодена, Ляйелля и Ламарка. Он гениально провозглашает всесилие естественного отбора и случайность наследственных изменений и при этом джентльменски не отвергает передачи благоприобретенных признаков. Он фундаментален в описаниях и традиционен в литературном стиле: "...Любопытно созерцать густо заросший берег, покрытый многочисленными, разнообразными растениями, птиц, поющих в кустах, насекомых, порхающих вокруг, червей, ползающих в сырой земле, и думать, что все эти прекрасно построенные формы, столь отличающиеся одна от другой и так сложно одна от другой зависящие, были созданы благодаря законам, еще и теперь действующим вокруг нас. Эти законы, в самом широком смысле,- Рост и Воспроизведение, Наследственность, почти необходимо вытекающая из воспроизведения. Изменчивость, зависящая от прямого или косвенного действия животных условий и от упражнения и неупражнения. Прогрессия размножения, столь высокая, что она ведет к Борьбе за жизнь и ее последствию - Естественному Отбору, влекущему за собой Расхождение признаков и Вымирание менее совершенных форм".

Так он завершает "Происхождение видов".

Материалы, опубликованные в последние годы, позволяют проследить влияние эволюционных идей на рождение у Менделя замысла его труда. Впрочем, это пытались установить давно. Автор первой фундаментальной биографии отца генетики Гуго Ильтис еще в 1924 году цитировал свидетельство друга Менделя профессора Ниссля, математика и ботаника, кстати, первым и сразу высоко оценившего его труд. По словам Ниссля, прочитав "Происхождение видов", Мендель произнес:

- Это еще не все, здесь чего-то не хватает!

Впрочем, и сам Дарвин знал, чего не хватает его теории: проблема наследственности - уязвимое, неразработанное ее место. Ее он и называет в процитированных уже заключительных строках своей великой книги среди важнейших.

Казалось бы, связь установлена...

Но "Происхождение видов" впервые издано в 1859 году, а на немецкий язык оно переведено лишь в 1863 году. Труд Дарвина брненские естествоиспытатели специально обсуждали лишь на заседании 11 января 1865 года, а Мендель излагал свои взгляды на проблему наследственности, которая, как он сам подчеркивал, имеет "немаловажное значение для истории развития органических форм", на двух последующих заседаниях - 8 февраля и 8 марта. Скорее можно предположить, что профессор Ниссль, который заранее ознакомился с работой Менделя и был в Обществе естествоиспытателей очень влиятельным лицом, специально добился, чтобы эти обе теории докладывались именно в столь тесном соседстве, как звенья единой цепи...

Если даже предположить, что Мендель прочитал Дарвина в самом первом издании по-английски (он владел девятью или десятью языками), и для этого еще предположить, что один из 1250 экземпляров первого издания Дарвина, раскупленных в Лондоне сразу в день выхода, сразу попал в провинциальный Брно, то этой простой связи все равно не получается, так как Мендель начал свои исследования в 1854 году - за пять лет до выпуска "Происхождения видов".

И все же связь есть, ибо эволюционные идеи носились в воздухе еще до выхода Дарвинова труда - потому-то и ждало этот труд быстрое и восторженное признание. Мендель не случайно провалился на экзамене у зоолога Кнера. Профессор Венского университета был возмущен его "поповским" отношением к человеку как венцу "божественного творения". Однако эволюцию совершают не только виды живых существ, но и человеческие взгляды. В 1852-53 годах в университете Мендель учится у того же Кнера (и хорошо учится!). И еще он учится там же, в университете, у блестящего цитолога Унгера. Именно в это время - в 1853 году Унгер опубликовал в либеральной венской газете семнадцать "Ботанических писем", в которых пропагандировал эволюционные идеи. В своих трудах Унгер критиковал примитивные ламаркистские представления о "целесообразной" изменчивости видов под прямым воздействием внешней среды и говорил о необходимости изучать в клетках мельчайшие "элементы", комбинация которых может определять изменчивость.

Наконец, - это подчеркивается в последних изысканиях чешских биографов Менделя, - возвратясь из Вены в Брно и начав самостоятельные исследования, Мендель в первую очередь повторяет опыты Унгера, из которых его учитель сделал вывод, что прямое воздействие условий среды (изменение влажности, солевого состава почвы, освещенности) не вызывает наследуемых изменений. Мендель вел эти опыты в течение многих лет, продолжая их одновременно с гибридологическими изысканиями. Он убедился в правоте Унгера и сделал заключение: "...Этим путем природа не будет способствовать дальнейшему видообразованию. Для этого нужно нечто большее!"

Середина XIX столетия - примечательное время человеческой истории. Сокрушаются последние феодальные режимы в Европе. Сокрушается мистическое представление о мире. На смену ему идет естественнонаучный материализм, по словам Ленина, стихийно становящийся диалектическим.

...Несостоявшийся англиканский пастор Дарвин, подводя итог исканиям предшественников, строит здание теории развития жизни на Земле.

Мендель, католический монах и школьный учитель естествознания, с восторгом встречает появление труда, обобщающего идеи, на которых он воспитывался как профессиональный биолог. Его восторг тем сильнее, что он, Мендель, вот уже несколько лет изучает неведомый механизм процесса, лежащего в основе "истории развития органических форм", то есть эволюции.

Но для объяснения этого механизма нужен особый ряд понятий, еще никому не ведомых. И нужен особый методологический подход.

И он создает его. Однако язык новой области знания, на котором он начинает говорить, еще никому не известен, потому-то почти все современники отказываются вслушиваться в его речь - и малоизвестные, и маститые, как крупнейший биолог Негели, с которым он состоял в переписке.

...Через четыре года химик Фридрих Мишер принимается изучать химическое строение клеточного ядра. Сначала из ядер лейкоцитов человека, затем из спермы лосося он выделяет субстанцию, названную нуклеином. И когда - немного спустя - цитологи обнаруживают в ядрах хромосомы и у них возникает предположение, что эти корпускулы служат носителями наследственных задатков,- пражский химик Вальтер Флемминг, знающий о работах Мишера, утверждает, что хромосомы состоят из нуклеиновых кислот, а следовательно, эти кислоты являются носителями наследственности! А сам Мишер, профессор в Базеле, ничего не публикуя, пытается установить связь между стереохимической структурой нуклеиновых кислот и их биологической функцией...

Но в ответ на гениальные догадки людей, прокладывающих новые пути, не раздается и эха. Их время не пришло.

3. МЕСТО И СРЕДА

Идея естественного отбора родилась у Дарвина в результате анализа селекционной работы английских животноводов и растениеводов, выводивших новые породы скота и новые сорта сельскохозяйственных растений. Естественный отбор - это искусственный отбор, опрокинутый в нетронутую природу.

Англия была в тогдашней Европе крупнейшим центром селекционной работы. Но другим центром ее была Моравия, в которой жил Мендель!

Именно здесь в начале столетия Ф. Гайсслерн вывел породу тонкорунных овец, ценившуюся по всей Европе. Здесь, в Брно, Гайсслерн основал "Общество друзей, знатоков и доброжелателей по выращиванию овец для еще лучшего и основательного совершенствования этой хозяйственной отрасли и на ней базирующейся шерстяной промышленности на фабриках и в торговле", а его ученик Р. Андре издал "Инструкцию по селекции овец по принципам, опирающимся на природу и опыт".

Именно здесь чуть позднее были вы-68 ведены путем гибридизации новые сорта винограда и плодовых деревьев, и в 1840 году именно в Брно состоялся первый "Съезд среднеевропейских земледельцев и лесничих".

Здесь, в Брненском епископальном богословском институте в сороковые годы читает курс сельского хозяйства, садоводства и виноградарства - они тоже преподавались будущим богословам - крупнейший теоретик гибридизации и селекции Франтишек Дибель, автор четырехтомного руководства и издатель первого на чешском языке "Журнала для крестьян о полевом, лесном и усадебном хозяйстве". И в 1846 году у Дибеля учится студент богословского института монах Грегор Мендель, одновременно исполняющий обязанности монастырского садовника. И знания студента Менделя оценены Дибелем высшим баллом.

...И монастырь святого Томаша оказывается при ближайшем рассмотрении не вполне обычным учреждением такого рода. В нем всего пятнадцать монахов, но лишь двое из них заняты только церковными делами. В руках австрийской церкви дела просвещения, и тринадцать монахов работают преподавателями в средних и высших учебных заведениях провинции и даже за ее пределами. И почти все увлечены философскими идеями Гегеля, которые католическая церковь в ту пору считает крамольными.

После революции 1848 года в жизни Брно наступают важные перемены. Возникают новые фабрики и заводы. Открываются новые учебные заведения - Высшая реальная школа, Технологическое училище, которому суждено вскоре сделаться институтом. Секция естествознания при Моравско-силезском сельскохозяйственном обществе превращается в самостоятельное Общество естествоиспытателей, издающее на свои средства печатные сборники научных трудов.

Кто они, люди, окружавшие Менделя, те, кого в ранних его биографиях принято было называть "провинциальными любителями естествознания"?

Их сорок человек. Врачи, инженеры, аптекари, несколько коммерсантов (истинные любители!), титулованная персона - граф фон Митровский, за титул избранный президентом, но весьма мало функционирующий... Еще - профессора школ, гимназий, технического училища. О них стоит сказать подробнее, тем более, что слово "профессор" в немецком и чешском языках означает всего лишь преподаватель любого учебного заведения. Вот трое из них.

...Профессор Высшей реальной школы Александр Завадский, бывший декан физического факультета университета во Львове, изгнанный оттуда за политическую неблагонадежность, автор нескольких ботанических монографий.

Профессор той же школы Александр Маковский, крупный геолог и палеонтолог - его имя вошло в энциклопедические словари.

Профессор Технического училища (затем института) Густав фон Ниссль, ботаник, математик, геофизик. В 16 лет он провел исследования по образованию спор у низших растений - схемы из той его работы продержались в учебниках биологии целое столетие. Ниссль первый полностью и сразу понял работу Менделя. Увы, во всем мире ему вторил тогда всего один человек - молодой русский ботаник Иван Федорович Шмальгаузен (отец выдающегося дарвиниста И. И. Шмальгаузена). Но суждения И. Ф. Шмальгаузена о работе Менделя увидели свет лишь в русской печати...

И все же, как бы то ни было, Мендель жил в мире, где обсуждались именно те проблемы, что стал" предметом его изысканий.

Более того, он, крестьянский сын, всегда с особой остротой схватывал проблемы практического сельского хозяйства. И кстати, первая из его опубликованных работ посвящена изучению биологии вредителя редиса Botys margaritalis, а вторая - биологии вредителя гороха - жучка Bruchus pisi. И обе работы были им сделаны в годы, когда эти вредители страшно размножились и принялись опустошать огороды Моравии...

И созданный им гибридологический анализ Мендель применял и как оружие для расшифровки важнейшего биологического механизма, и как метод предсказания хозяйственно полезных признаков, которые можно получать у растений в процессе гибридизации. Пользуясь им, он вывел несколько новых сортов гороха...

4. ЛИЧНОСТЬ

Собственно говоря, в предыдущих главах кое-что уже сказано и о личности.

Мендель оказался не одиночкой-дилетантом, а профессиональным биологом, прошедшим серьезную школу и практической селекционной работы у Дибеля, и научного эксперимента у Унгера. Он вел в Брно и цитологические исследования и в 1869 году доказал, что оплодотворение у растений происходит всего одним пыльцевым зерном, а не несколькими - опроверг бытовавшее мнение, которое разделял даже Дарвин. Этот опыт подтверждал справедливость его теории наследственных задатков. И эту работу также ожидала неизвестность.

Есть еще одна важная сторона: Мендель отличился среди своих современников тем, что он впервые применил к анализу явлений жизни методы математической логики и вариационную статистику. Его работа была построена на понятиях, чуждых тогдашним биологам, и эта кажущаяся заумь способствовала ее неприятию. На таком языке биология начала говорить лишь в XX веке.

Но откуда взялся у него этот никому из коллег не понятный язык? Сам ли он придумал его или перенял от кого-то?

Перенял. От физиков. От великого физика Христиана Доплера, который приметил талант провинциала-монаха еще на тех злосчастных экзаменах, когда Мендель провалился по биологии. И все месяцы, проведенные в Венском университете, патер Грегор Мендель чуть ли не половину своего времени проводил именно на кафедре Доплера - сначала в качестве слушателя, а затем в качестве платного сотрудника, лекционного ассистента, и, вероятно, участника физических экспериментов, которые ставил творец эффекта Доплера.

И благодаря школе, пройденной у Доплера, он подошел к явлениям, подведомственным биологии, вооруженный способом мышления точной науки. Никто доселе не говорил в биологии об ожидаемом по теории вероятности результате, не сопоставлял полученных данных с математически высчитанным ожиданием. Никто в биологии еще не строил теорий из математических выкладок и не выверял их экспериментом, как в физике.

...Тщательный анализ работы Менделя вызывает сейчас у некоторых генетиков предположение, что теория в общих чертах сложилась у него еще в первые годы самостоятельных исследований и восьмилетние эксперименты были им поставлены для ее тщательной проверки, уточнения деталей, обоснования и подтверждения.

Итак, время, место, среда, профессиональная подготовка... Никаких случайностей. А гений, талант, трудолюбие - что же, для них ничего не осталось?

Осталось!

Надо было вырваться из плена привычных представлений о мире, о приемах исследования. Взглянуть на все свежим глазом и, поняв, что нет преград между науками, поверить алгеброй гармонию природы... И положить на это жизнь.

Его интересы не были узки. Он опубликовал высокопрофессиональные работы по метеорологии. А найденные тридцать лет назад четыре черновых листка поведали, что он пытался приложить математику не только к биологии, но и к лингвистике: он начал математическое исследование законов образования фамильных имен в немецком языке - пытался снова прорваться в далекое будущее науки, в ее сегодня.

Ему было трудно. Он поднялся над современной ему научной средой, а жил в среде, где каждому обитателю полагалось мыслить и говорить понятиями средневековья. Он оказался в конфликте с нею, и потому, когда он умер, его личный архив, где лежали предназначенные для опубликования научные статьи, был ультраклерикалами сожжен.

Его история этим не исчерпана, но у каждого рассказа должен быть конец. Автору остается только принести благодарность доктору Витезславу Орелу, директору генетического отдела Грегора Менделя Моравского музея в Брно за сообщение новых данных о Менделе.