8.1: הניסויים של מנדל

Last updated
Save as PDF

Page ID: 208633

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

יוהאן גרגור מנדל (1822—1884) (איור\(\PageIndex{1}\)) היה לומד, מורה, מדען ואיש אמונה לכל החיים. כבוגר צעיר הצטרף למנזר האוגוסטיני של סנט תומאס בברנו במה שהיא כיום צ'כיה. בתמיכת המנזר לימד קורסי פיזיקה, בוטניקה ומדעי הטבע ברמה התיכונית והאוניברסיטאית. בשנת 1856, הוא החל במרדף מחקר בן עשור הכולל דפוסי תורשה בדבורי דבש וצמחים, ובסופו של דבר התיישב על צמחי אפונה כמערכת המודל העיקרית שלו (מערכת בעלת מאפיינים נוחים המשמשת לחקר תופעה ביולוגית ספציפית כדי להשיג הבנה ליישום מערכות אחרות). בשנת 1865 הציג מנדל את תוצאות הניסויים שלו עם כמעט 30,000 צמחי אפונה בפני החברה המקומית להיסטוריה של הטבע. הוא הוכיח שתכונות מועברות נאמנה מהורים לצאצאים בדפוסים ספציפיים. בשנת 1866 פרסם את עבודתו, ניסויים בהכלאה של צמחים, ^¹ בהליכים של האגודה להיסטוריה של הטבע של ברון.

תמונה היא סקיצה של יוהן גרגור מנדל. — **איור\(\PageIndex{1}\):** יוהאן גרגור מנדל קבע את המסגרת לחקר הגנטיקה.

עבודתו של מנדל נעלמה כמעט מעיני הקהילה המדעית, שהאמינה באופן שגוי שתהליך הירושה כרוך בשילוב של תכונות הוריות שהניבו מראה פיזי ביניים אצל צאצאים. נראה כי תהליך היפותטי זה נכון בגלל מה שאנו מכירים כיום כווריאציה מתמשכת. וריאציה מתמשכת היא טווח ההבדלים הקטנים שאנו רואים בין פרטים במאפיין כמו גובה אנושי. נראה כי צאצאים הם "תערובת" של תכונות הוריהם כאשר אנו מסתכלים על מאפיינים המציגים שונות מתמשכת. מנדל עבד במקום זאת עם תכונות המראות שונות בלתי רציפה. וריאציה בלתי רציפה היא השונות הנראית בקרב פרטים כאשר כל פרט מראה אחת משתיים - או מעט מאוד - תכונות שניתן להבחין בהן בקלות, כגון פרחים סגולים או לבנים. בחירתו של מנדל בתכונות מסוג זה אפשרה לו לראות בניסוי שהתכונות אינן מעורבבות בצאצאים כפי שניתן היה לצפות באותה תקופה, אלא שהן עברו בירושה כתכונות מובחנות. בשנת 1868 הפך מנדל לאב המנזר והחליף את עיסוקיו המדעיים בתפקידיו הפסטורליים. הוא לא הוכר בזכות תרומתו המדעית יוצאת הדופן במהלך חייו; למעשה, רק בשנת 1900 התגלתה עבודתו מחדש, שוחזרה והתחדשה על ידי מדענים על סף גילוי הבסיס הכרומוזומלי של התורשה.

צלבי מנדל

עבודתו המכוננת של מנדל הושגה באמצעות אפונת הגן, Pisum sativum, לחקר תורשה. מין זה מפרה את עצמו באופן טבעי, כלומר אבקה נתקלת בביציות בתוך אותו פרח. עלי הכותרת של הפרחים נשארים אטומים היטב עד להשלמת האבקה כדי למנוע האבקה של צמחים אחרים. התוצאה היא צמחי אפונה מאוד, או "רבייה אמיתית". אלה צמחים שתמיד מייצרים צאצאים שנראים כמו ההורה. על ידי ניסוי בצמחי אפונה בעלי גידול אמיתי, מנדל נמנע מהופעת תכונות בלתי צפויות בצאצאים שעלולות להתרחש אם הצמחים לא היו רבייה אמיתית. אפונת הגן גדלה גם לבגרות תוך עונה אחת, כלומר ניתן להעריך כמה דורות על פני זמן קצר יחסית. לבסוף, ניתן היה לטפח כמויות גדולות של אפונת גינה בו זמנית, מה שמאפשר למנדל להסיק שתוצאותיו לא הגיעו פשוט במקרה.

מנדל ביצע הכלאות, הכוללות הזדווגות של שני פרטים בעלי רבייה אמיתית בעלי תכונות שונות. באפונה, שמאביקה את עצמה באופן טבעי, הדבר נעשה על ידי העברה ידנית של אבקה מהאנטר של צמח אפונה בוגר מזן אחד לסטיגמה של צמח אפונה בוגר נפרד מהזן השני.

צמחים המשמשים בצלבים מהדור הראשון נקראו P, או דור הורים, צמחים (איור\(\PageIndex{2}\)). מנדל אסף את הזרעים המיוצרים על ידי צמחי P שנבעו מכל צלב וגידל אותם בעונה שלאחר מכן. צאצאים אלה נקראו F ₁, או הדור הראשון (filial = בת או בן). לאחר שמנדל בחן את המאפיינים בדור הצמחים F ₁, הוא איפשר להם להפרות את עצמם באופן טבעי. לאחר מכן הוא אסף וגידל את הזרעים מצמחי F ₁ כדי לייצר את ה-F ₂, או הדור השני. הניסויים של מנדל התרחבו מעבר לדור F ₂ לדור F ₃, דור F ₄ וכן הלאה, אך יחס המאפיינים בדורות P, F ₁ ו- F ₂ היו המסקרנים ביותר והפכו לבסיס ההנחות של מנדל.

התרשים מציג הכלאה בין צמחי אפונה המתרבים נכון לצבע פרח סגול לבין צמחים המתרבים נכון לצבע פרח לבן. הפריה צולבת זו של דור P הביאה לדור F_ {1} עם כל הפרחים הסגולים. הפריה עצמית של דור F_ {1} הביאה לדור F_ {2} שהורכב מ-705 צמחים עם פרחים סגולים, ו-224 צמחים עם פרחים לבנים. — **איור\(\PageIndex{2}\):** התהליך של מנדל לביצוע צלבים כלל בחינת צבע הפרח.

מאפייני אפונת גן חשפו את יסודות התורשה

בפרסום שלו משנת 1865 דיווח מנדל על תוצאות הצלבים שלו הכוללים שבעה מאפיינים שונים, שלכל אחד מהם שתי תכונות מנוגדות. תכונה מוגדרת כווריאציה במראה הפיזי של מאפיין תורשתי. המאפיינים כללו את גובה הצמח, מרקם הזרעים, צבע הזרעים, צבע הפרח, גודל תרמיל האפונה, צבע תרמיל האפונה ומיקום הפרח. עבור המאפיין של צבע הפרח, למשל, שתי התכונות המנוגדות היו לבן מול סגול. כדי לבחון באופן מלא כל מאפיין, מנדל יצר מספר רב של צמחי F ₁ ו-F ₂ ודיווח על תוצאות מאלפי צמחי F ₂.

אילו תוצאות מצא מנדל בצלבים שלו לצבע הפרחים? ראשית, מנדל אישר שהוא משתמש בצמחים שגדלו נכון לצבע פרח לבן או סגול. ללא קשר למספר הדורות שמנדל בדק, לכל הצאצאים של הורים עם פרחים לבנים היו פרחים לבנים, ולכל הצאצאים של הורים עם פרחים סגולים היו פרחים סגולים. בנוסף, מנדל אישר כי מלבד צבע הפרחים, צמחי האפונה זהים פיזית. זו הייתה בדיקה חשובה כדי לוודא ששני הזנים של צמחי האפונה נבדלים זה מזה רק ביחס לתכונה אחת, צבע הפרח.

לאחר השלמת האימותים הללו, מנדל מרח את האבקה מצמח עם פרחים סגולים על הסטיגמה של צמח עם פרחים לבנים. לאחר איסוף וזריעת הזרעים שנבעו מהצלבה זו, מצא מנדל כי במאה אחוז מהדור ההיברידי F ₁ היו פרחים סגולים. החוכמה המקובלת באותה תקופה הייתה מנבאת שהפרחים ההיברידיים יהיו סגולים חיוורים או שלצמחים היברידיים יהיו מספר שווה של פרחים לבנים וסגולים. במילים אחרות, תכונות ההורים המנוגדות היו צפויות להשתלב בצאצאים. במקום זאת, תוצאותיו של מנדל הוכיחו שתכונת הפרח הלבן נעלמה לחלוטין בדור F ₁.

חשוב לציין שמנדל לא הפסיק את הניסויים שלו שם. הוא איפשר לצמחי F ₁ להפרות את עצמם וגילה כי 705 צמחים בדור F ₂ היו בעלי פרחים סגולים ול -224 פרחים לבנים. זה היה יחס של 3.15 פרחים סגולים לפרח לבן אחד, או בערך 3:1. כאשר מנדל העביר אבקה מצמח עם פרחים סגולים לסטיגמה של צמח עם פרחים לבנים ולהיפך, הוא השיג בערך אותו יחס ללא קשר לאיזה הורה - זכר או נקבה - תרם איזו תכונה. זה נקרא צלב הדדי - צלב מזווג שבו התכונות המתאימות של הזכר והנקבה בצלב אחד הופכות לתכונות המתאימות של הנקבה והזכר בצלב השני. עבור ששת המאפיינים האחרים שמנדל בדק, דורות F ₁ ו- F ₂ התנהגו באותו אופן שבו התנהגו לצבע הפרחים. אחת משתי התכונות תיעלם לחלוטין מדור F ₁, רק כדי להופיע שוב בדור F ₂ ביחס של בערך 3:1 (איור\(\PageIndex{3}\)).

מומחשים שבעה מאפיינים של צמחי האפונה של מנדל. הפרחים יכולים להיות סגולים או לבנים. האפונה יכולה להיות צהובה או ירוקה, או חלקה או מקומטת. תרמילי האפונה יכולים להיות מנופחים או מכווצים, או צהובים או ירוקים. מיקום הפרח יכול להיות צירי או סופני. אורך הגבעול יכול להיות גבוה או גמד. — **איור\(\PageIndex{3}\):** מנדל זיהה שבעה מאפייני צמח אפונה.

לאחר עריכת תוצאותיו לאלפים רבים של צמחים, הגיע מנדל למסקנה שניתן לחלק את המאפיינים לתכונות מבוטאות וסמויות. הוא כינה את התכונות הדומיננטיות והרססיביות הללו, בהתאמה. תכונות דומיננטיות הן אלה שעוברות בירושה ללא שינוי בהכלאה. תכונות רצסיביות הופכות סמויות, או נעלמות בצאצאי הכלאה. עם זאת, התכונה הרצסיבית מופיעה שוב בצאצאי הצאצאים ההיברידיים. דוגמה לתכונה דומיננטית היא תכונת הפרחים בצבע סגול. עבור אותו מאפיין (צבע פרח), פרחים בצבע לבן הם תכונה רצסיבית. העובדה שהתכונה הרצסיבית הופיעה שוב בדור F ₂ גרמה לכך שהתכונות נותרו נפרדות (ולא היו מעורבבות) בצמחים של דור F ₁. מנדל הציע כי הסיבה לכך היא שלצמחים יש שני עותקים של התכונה למאפיין צבע הפרח, וכי כל הורה העביר אחד משני העותקים שלהם לצאצאיהם, שם הם התכנסו. יתר על כן, ההתבוננות הפיזית בתכונה דומיננטית יכולה לגרום לכך שההרכב הגנטי של האורגניזם כלל שתי גרסאות דומיננטיות של המאפיין, או שהוא כלל גרסה דומיננטית ואחת רצסיבית. לעומת זאת, ההתבוננות בתכונה רצסיבית גרמה לכך שלאורגניזם היו חסרות גרסאות דומיננטיות של מאפיין זה.

סיכום מדור

בעבודה עם צמחי אפונה בגינה, מצא מנדל כי הצלבות בין הורים שהיו שונים בתכונה אחת הניבו צאצאים F ₁ שכולם ביטאו את תכונותיו של הורה אחד. התכונות שהיו גלויות בדור F ₁ מכונות דומיננטיות, ותכונות שנעלמות בדור F ₁ מתוארות כרססיביות. כאשר צמחי F ₁ בניסוי של מנדל הוצלבו בעצמם, צאצאי F ₂ הציגו את התכונה הדומיננטית או את התכונה הרצסיבית ביחס של 3:1, מה שמאשר שהתכונה הרצסיבית הועברה נאמנה מההורה P המקורי. הצלבות הדדיות יצרו יחסי צאצאים זהים F ₁ ו- F ₂. על ידי בחינת גודל המדגם, מנדל הראה שתכונות עוברות בירושה כאירועים עצמאיים.

הערות שוליים

1 יוהאן גרגור מנדל, "ורסוצ'ה על פפלאנזנהיברידן." חנות הטבע ווריין בברון, Bd. הרביעי לדס ג'אהר, 1865 אבנדלונגן (1866) :3—47. [לתרגום לאנגלית, ראה www.מנדלווב.org/מנדל.פליין.html]

רשימת מילים

וריאציה מתמשכת: וריאציה במאפיין שבו אנשים מראים מגוון תכונות עם הבדלים קטנים ביניהם

וריאציה בלתי רציפה: וריאציה במאפיין שבו אנשים מראים שתי תכונות, או כמה, עם הבדלים גדולים ביניהן

דומיננטי: מתאר תכונה המסווה את הביטוי של תכונה אחרת כאשר שתי הגרסאות של הגן קיימות באדם

F ₁: הדור הפיליאלי הראשון בצלב; צאצאי דור ההורים

F ₂: הדור השני המיוצר כאשר פרטים F ₁ מוצלבים בעצמם או מופרים זה עם זה

הכלאה: תהליך ההזדווגות של שני אנשים שונים זה מזה, במטרה להשיג מאפיין מסוים בצאצאיהם

מערכת מודל: מין או מערכת ביולוגית המשמשת לחקר תופעה ביולוגית ספציפית כדי להשיג הבנה שתחול על מינים אחרים

P: דור ההורים בצלב

רצסיבי: מתאר תכונה שהביטוי שלה מוסווה על ידי תכונה אחרת כאשר האללים לשתי התכונות קיימים אצל אדם

צלב הדדי: צלב מזווג שבו התכונות המתאימות של הזכר והנקבה בצלב אחד הופכות לתכונות המתאימות של הנקבה והזכר בצלב השני

תכונה: וריאציה במאפיין תורשתי

תורמים וייחוסים

Template:ContribOpenStaxConcepts