8.1: Os experimentos de Mendel
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Johann Gregor Mendel (1822—1884) (Figura\(\PageIndex{1}\)) foi um aprendiz, professor, cientista e homem de fé ao longo da vida. Quando jovem adulto, ele se juntou à Abadia Agostiniana de São Tomás em Brno, onde hoje é a República Tcheca. Apoiado pelo mosteiro, ele ministrou cursos de física, botânica e ciências naturais nos níveis secundário e universitário. Em 1856, ele iniciou uma pesquisa de uma década envolvendo padrões de herança em abelhas e plantas, estabelecendo-se em plantas de ervilha como seu principal sistema modelo (um sistema com características convenientes que é usado para estudar um fenômeno biológico específico para obter compreensão a ser aplicado a outros sistemas). Em 1865, Mendel apresentou os resultados de seus experimentos com quase 30.000 plantas de ervilha à sociedade local de história natural. Ele demonstrou que as características são transmitidas fielmente de pais para filhos em padrões específicos. Em 1866, ele publicou seu trabalho, Experiments in Plant Hybridization, 1 nos anais da Sociedade de História Natural de Brünn.
O trabalho de Mendel passou praticamente despercebido pela comunidade científica, que acreditava incorretamente que o processo de herança envolvia uma mistura de características parentais que produzia uma aparência física intermediária na prole. Esse processo hipotético parecia estar correto por causa do que conhecemos agora como variação contínua. A variação contínua é a variedade de pequenas diferenças que vemos entre os indivíduos em uma característica como a altura humana. Parece que os filhos são uma “mistura” das características de seus pais quando observamos características que exibem variação contínua. Em vez disso, Mendel trabalhou com características que mostram variação descontínua. A variação descontínua é a variação observada entre os indivíduos quando cada indivíduo mostra uma das duas — ou poucas — características facilmente distinguíveis, como flores violetas ou brancas. A escolha de Mendel por esses tipos de características permitiu que ele visse experimentalmente que as características não foram misturadas na prole como seria de se esperar na época, mas que foram herdadas como características distintas. Em 1868, Mendel tornou-se abade do mosteiro e trocou suas atividades científicas por seus deveres pastorais. Ele não foi reconhecido por suas contribuições científicas extraordinárias durante sua vida; na verdade, foi somente em 1900 que seu trabalho foi redescoberto, reproduzido e revitalizado por cientistas à beira de descobrir a base cromossômica da hereditariedade.
Cruzes de Mendel
O trabalho seminal de Mendel foi realizado usando a ervilha do jardim, Pisum sativum, para estudar a herança. Esta espécie se autofecunda naturalmente, o que significa que o pólen encontra óvulos dentro da mesma flor. As pétalas das flores permanecem hermeticamente fechadas até que a polinização seja concluída para evitar a polinização de outras plantas. O resultado são plantas de ervilha altamente endogâmicas ou “verdadeiras”. São plantas que sempre produzem filhotes que se parecem com os pais. Ao fazer experiências com plantas de ervilha verdadeiras, Mendel evitou o aparecimento de características inesperadas na prole que poderiam ocorrer se as plantas não fossem verdadeiras reprodutoras. A ervilha também cresce até a maturidade em uma temporada, o que significa que várias gerações podem ser avaliadas em um tempo relativamente curto. Finalmente, grandes quantidades de ervilhas de jardim puderam ser cultivadas simultaneamente, permitindo que Mendel concluísse que seus resultados não surgiram simplesmente por acaso.
Mendel realizou hibridizações, que envolvem o acasalamento de dois indivíduos reprodutores verdadeiros com características diferentes. Na ervilha, que é naturalmente autopolinizadora, isso é feito transferindo manualmente o pólen da antera de uma planta de ervilha madura de uma variedade para o estigma de uma planta de ervilha madura separada da segunda variedade.
As plantas usadas em cruzamentos de primeira geração foram chamadas de plantas P, ou geração parental (Figura\(\PageIndex{2}\)). Mendel coletou as sementes produzidas pelas plantas P que resultaram de cada cruzamento e as cultivou na temporada seguinte. Esses filhos foram chamados de F 1, ou a primeira geração filial (filial = filha ou filho). Depois que Mendel examinou as características da geração F 1 de plantas, ele permitiu que elas se autofertilizassem naturalmente. Ele então coletou e cultivou as sementes das plantas F 1 para produzir a geração F 2, ou segunda filial. Os experimentos de Mendel se estenderam além da geração F 2 para a geração F 3, a geração F 4 e assim por diante, mas foi a proporção de características nas gerações P, F 1 e F 2 que foi a mais intrigante e se tornou a base da postulados.
Características da ervilha de jardim revelaram os fundamentos da hereditariedade
Em sua publicação de 1865, Mendel relatou os resultados de seus cruzamentos envolvendo sete características diferentes, cada uma com dois traços contrastantes. Uma característica é definida como uma variação na aparência física de uma característica hereditária. As características incluíam altura da planta, textura da semente, cor da semente, cor da flor, tamanho da vagem da ervilha, cor da vagem da ervilha e posição da flor. Para a característica da cor da flor, por exemplo, os dois traços contrastantes eram branco versus violeta. Para examinar completamente cada característica, Mendel gerou um grande número de plantas F 1 e F 2 e relatou resultados de milhares de plantas F 2.
Quais resultados Mendel encontrou em suas cruzes para a cor das flores? Primeiro, Mendel confirmou que estava usando plantas que se reproduziram de acordo com a cor branca ou violeta das flores. Independentemente do número de gerações que Mendel examinou, todos os filhos cruzados de pais com flores brancas tinham flores brancas, e todos os filhos cruzados de pais com flores violetas tinham flores violetas. Além disso, Mendel confirmou que, além da cor das flores, as plantas de ervilha eram fisicamente idênticas. Essa foi uma verificação importante para garantir que as duas variedades de plantas de ervilha diferissem apenas em relação a uma característica, a cor da flor.
Uma vez concluídas essas validações, Mendel aplicou o pólen de uma planta com flores violetas ao estigma de uma planta com flores brancas. Depois de colher e semear as sementes que resultaram desse cruzamento, Mendel descobriu que 100 por cento da geração híbrida F 1 tinha flores violetas. A sabedoria convencional da época teria previsto que as flores híbridas seriam violetas claras ou que as plantas híbridas teriam um número igual de flores brancas e violetas. Em outras palavras, esperava-se que os traços parentais contrastantes se misturassem na prole. Em vez disso, os resultados de Mendel demonstraram que o traço da flor branca havia desaparecido completamente na geração F 1.
É importante ressaltar que Mendel não interrompeu sua experimentação lá. Ele permitiu que as plantas F 1 se autofertilizassem e descobriu que 705 plantas na geração F 2 tinham flores violetas e 224 tinham flores brancas. Essa era uma proporção de 3,15 flores violetas para uma flor branca, ou aproximadamente 3:1. Quando Mendel transferiu o pólen de uma planta com flores violetas para o estigma de uma planta com flores brancas e vice-versa, ele obteve aproximadamente a mesma proporção, independentemente de qual pai - homem ou mulher - contribuiu com qual característica. Isso é chamado de cruz recíproca - uma cruz emparelhada na qual as respectivas características do homem e da mulher em uma cruz se tornam as respectivas características da mulher e do homem na outra cruz. Para as outras seis características que Mendel examinou, as gerações F 1 e F 2 se comportaram da mesma forma que se comportaram com a cor das flores. Uma das duas características desapareceria completamente da geração F 1, apenas para reaparecer na geração F 2 em uma proporção de aproximadamente 3:1 (Figura\(\PageIndex{3}\)).
Ao compilar seus resultados para milhares de plantas, Mendel concluiu que as características poderiam ser divididas em características expressas e latentes. Ele chamou esses traços dominantes e recessivos, respectivamente. Traços dominantes são aqueles que são herdados inalterados em uma hibridização. Traços recessivos se tornam latentes ou desaparecem na prole de uma hibridização. O traço recessivo, no entanto, reaparece na descendência da prole híbrida. Um exemplo de característica dominante é a característica da flor violeta. Por essa mesma característica (cor da flor), as flores brancas são uma característica recessiva. O fato de a característica recessiva reaparecer na geração F 2 fez com que as características permanecessem separadas (e não foram misturadas) nas plantas da geração F 1. Mendel propôs que isso ocorria porque as plantas possuíam duas cópias da característica da cor da flor e que cada progenitor transmitia uma de suas duas cópias para a prole, onde elas se reuniram. Além disso, a observação física de uma característica dominante pode significar que a composição genética do organismo incluía duas versões dominantes da característica, ou que incluía uma versão dominante e uma recessiva. Por outro lado, a observação de uma característica recessiva significava que o organismo não tinha nenhuma versão dominante dessa característica.
Resumo da seção
Trabalhando com plantas de ervilha de jardim, Mendel descobriu que cruzamentos entre pais que diferiam em uma característica produziam filhotes F 1 que expressavam as características de um dos pais. As características que eram visíveis na geração F 1 são chamadas de dominantes, e as características que desaparecem na geração F 1 são descritas como recessivas. Quando as plantas F 1 no experimento de Mendel foram cruzadas automaticamente, a prole F 2 exibiu a característica dominante ou a característica recessiva na proporção de 3:1, confirmando que a característica recessiva havia sido transmitida fielmente pelo progenitor P original. Cruzamentos recíprocos geraram proporções idênticas de descendência F 1 e F 2. Ao examinar os tamanhos das amostras, Mendel mostrou que as características foram herdadas como eventos independentes.
Notas de pé
- 1 Johann Gregor Mendel, “Versuche über Pflanzenhybriden”. Verhandlungen des naturforschenden Vereines em Brünn, Bd. IV für das Jahr, 1865 Abhandlungen (1866) :3—47. [para tradução em inglês, consulte www.mendelweb.org/mendel.plain.html]
Glossário
- variação contínua
- uma variação em uma característica na qual os indivíduos mostram uma variedade de características com pequenas diferenças entre elas
- variação descontínua
- uma variação em uma característica na qual os indivíduos apresentam dois, ou alguns, traços com grandes diferenças entre eles
- dominante
- descreve uma característica que mascara a expressão de outra característica quando ambas as versões do gene estão presentes em um indivíduo
- F 1
- a primeira geração filial em uma cruz; a descendência da geração parental
- F 2
- a segunda geração filial produzida quando indivíduos F1 são cruzados ou fertilizados uns com os outros
- hibridização
- o processo de acasalamento de dois indivíduos diferentes, com o objetivo de alcançar uma determinada característica em seus filhotes
- sistema modelo
- uma espécie ou sistema biológico usado para estudar um fenômeno biológico específico para obter uma compreensão que será aplicada a outras espécies
- P
- a geração parental em uma cruz
- recessivo
- descreve uma característica cuja expressão é mascarada por outra característica quando os alelos de ambas as características estão presentes em um indivíduo
- cruz recíproca
- uma cruz emparelhada na qual os respectivos traços do homem e da mulher em uma cruz se tornam os respectivos traços da mulher e do homem na outra cruz
- traço
- uma variação em uma característica herdada