«Связь времен» или: все ли правильно делал Мендель?

Здесь уместно обратиться к более поздним комментариям по поводу работы Менделя. Разбираться в работе гения, каковым и был Мендель, и особенно ловить гения на «ошибках» всегда приятно ученым меньшего масштаба.

В 1936 г, когда Менделизм давно уже стал мощным научным направлением, вышла работа Р.Фишера (рис.22), последователя биометрической школы, о которой речь пойдет позже, “Has Mendel’s work been rediscovered?” (Fisher, 1936). Р.Фишер указал на то, что Мендель «жульничал» - получил данные слишком близкие к теоретически ожидаемым. Так, например, среди семян доминантного фенотипа (600 штук) в F₂ ожидается 2 Aa : 1 AA. Согласно распределению χ² следовало с наибольшей вероятностью ожидать не 200 АА, а 223. Реально получено - 201. Фишер предполагает, что может быть садовник, помогавший Менделю, знал, чего хочет Мендель и «подгонял» результаты.

Другой автор – Gavin de Beer (1964) считает, что наблюдавшаяся закономерность не эмпиричесакая, а теоретически-выведенная, и реальные цифры были нужны только для иллюстрации правильности этой закономерности. Тогда учет могли прекращать, как только получали нужные цифры.

Zirkle (1964) разделяет точку зрения Фишера, также как и Dunn (1965). S.Wright (1966) повторил статистический анализ Фишера и пришел к тем же выводам. К столетию «Опытов над растительными гибридами» они были переизданы на многих языках и вновь появились указания на «слишком хорошие результаты» Менделя: Bennett (1965), перепечатал статью Фишера (1936) вместе с работой Менделя и комментариями Фишера (1955). Последний и позже не изменил своей точки зрения. Sturtevant (1965) в своей «Истории генетики» поддерживает точку зрения Фишера: «Mendel …knew the answer before he started and was producing a demonstration” (Sturtevant, 1965).

Курт Штерн, публикуя новый английский перевод работы Менделя, переписки его с Нэгели, статьи переоткрывателей. включает в издание статью Фишера (1936) и критическую статью С.Райта. Сам Штерн заканчивает свое введение словами: «Why mendel's specific data are too good from statistical point of view remains unknown» (Stern…).

Добржанский (1967) тоже, словно против желания, склоняется к точке зрения Фишера: «that somebody who was helping Mendel with his experiments did the cheating to please Mendel”.

Вот вам и польза строгой рабочей гипотезы….

Vitezlav Orel – сотрудник департамента генетики им. Грегора Менделя в Моравском музее Брно (тогда ЧССР) в своей статье “Will the story of “too good” results of Mendel’s data continue?”(1968) обращается к эмоциональной аргументации против раздувания всей этой истории: (1)Мендель был педант и большой аккуратист. Достаточно просмотреть его книжку выплат, посмотреть его метеорологические записи и т.д. (2) Он же опубликовал свои данные по ястребинкам, даже указав, «У ястребинок, согласно настоящим опытам, похоже, проявляются прямо-противоположные феномены».

Согласно проф. Krizenecky: Мендель мог прекращать учет признаков, когда общее число давало подтверждение ожидавшимся отношениям. Аналогичные объяснения дали Olby (1966) и Dunn (1965). Густафссон, ссылаясь на Olby, отмечает, что аналогичные претензии можно предъявить и Чермаку, у которого тоже были «слишком хорошие результаты» (Gustafsson, 1969).

Wеiling пересчитал все цифры с учетом выживаемости (всхожести) семян и считает, что в этом случае Мендель вроде бы «оправдан».

Во всей этой дискуссии наиболее интересна, и, на мой взгляд, весома точка зрения I. Pilgrim (1984), который поминает и Фишера, и Вейлинга, и Oрела и замечает, что, «если бы статья Фишера была не замечена (ignored) как и статья Менделя, то вся эта обвинительная шумиха была бы не нужной». Это эмоции, а вопрос, даже не в том, жульничал Мендель или нет, а в том, можно ли статистическим анализом выявить фальсифицированные данные.

В логике Фишера Пилгрим находит 4 парадокса. Рассмотрим два из них.

1. Фишер заявляет, что результаты могут быть слишком хорошими. По этой логике, ожидая получить и плучив 500 : 500, вы обязаны повторить опыт, чтобы получить данные похуже, ибо согласно Фишеру: «the closer the data are to expectations, the lower the chi-square derived probability values become». Парадокс в том, что а) чем ближе к ожидаемому результаты, тем меньше им доврния, б) чем дальше они от ожидаемого, тем менее они поддерживают теорию. Таким образом, «Poor Mendel: if he was right, he had to be wrong!”.

2. Статистика, обращенная к прошлым событиям, не применима. Это порочный подход. Если вероятность события 0,5, то в прошлом это - 0 или 1, как например, с погодой. Если предсказана вероятность дождя 0,3, но дождь случился, то это уже не опровергнуть. Пользуясь этой дурной логикой можно доказать, что читатель этих строк вообще не существует. Приступим. Число сперматозоидов в эякуляте человека 250 000 000. Шансов против того, что сперматозоид, который дал Вам жизнь, достигнув яйцеклетки: 250 000 000 против 1. Если, далее вспомнить при этом, что Ваши родители вообще встретились и поженились, а, если учесть малую вероятность появления на свет Ваших Па и Ма: (1/250 000 000)³….. Можно продолжить эту «логику» до некоторых первичных микроорганизмов и свести шанс Вашего появления к величине пренебрежимо мало отличной от 0 (Pilgrim, 1984). Извините!

На самом деле это дает нам повод подумать о роли маловероятных событий и принципа усилителя (по Тимофееву-Ресовскому) в биологии. Вспомним также т.н. «антропный принцип» - все-мол мировые константы созданы так, чтобы, в конце концов, возник человек. Эта мировая телеология сродни рассуждениям Фишера, которые критикует Пилгрим.

Он завершает свою статью: ”It is to the discredit of science that it did not recognized him during his lifetime. It is disgrace to slander him now”. В статье (Crow, 1990) к 100-летию Р.Фишера нет сведений об упомянутых его «успехах» в критике Менделя, как нет и ссылки на его статью 1936 г. Позже мы покажем противостояние раннего Менделизма и школы биометриков, которое закончилось не в пользу последних (см. стр….). Возможно, фишеровский демарш был своего рода попыткой «реванша» (?!).

Других людей занимало, были ли у Менделя истинно моногибридные скрещивания или нет (Carcos & Monoghan, 1984): 1855-1863 гг – период не достаточный для проведения всех опытов, которые описаны в «Опытах над растительными гибридами», т.е., что Мендель имел дело уже с ди- и тригибридами, а анализ представлял по отдельным признакам. О, если бы коллеги также внимательно читали наши статьи, то мы узнали бы о своей работе много нового и интересного.

В то же время, вполне понятен интерес к тому, с какими генами имел дело Мендель, сопоставление его результатов с цитологическими данными более позднего периода, вплоть до биохимического и молекулярно-биологического объяснения природы исследованных признаков.

У гороха 7 хромосом и соответственно 7 групп сцепления (рис.23 из Лампрехта,…). Сейчас известны все гены, аллели которых обусловливают различия признаков, исследованных Менделем, за одним исключением. Признак «сахарного боба», он же – «створки бобов с пергаментным слоем» может зависеть от любого из двух полимерных генов: p (VI хрс.) или v (IV хрс), длина стебля – le (IV хрс). Эти гены отмечены на картах групп сцепления гороха (рис.23) стрелками. Если принять вариант, что Мендель изучал расщепление по этим двум признакам при их генотипической обусловленности: p и le, то эти гены расположены в разных хромосомах. Следует ожидать случайной комбинаторики. А, если v и le , то мог быть шанс установления сцепления (или сокрытие сего факта?!), поскольку v и le находятся в одной хромосоме на расстоянии 13 cM (по Лампрехту) или еще теснее – менее 1сМ (по: Blixt, 1975). Синотт, Дэнн и Добжанский обсуждают, что Мендель, видимо, обнаружил сцепление, но не сообщил о нем. Это если v и le, как обсуждают авторы. А если p и le, то вопрос снимается.

Итак, оставим эту мышиную возню и подходы, «что было бы если». Остается главный факт: Мендель был гением, которого не поняли современники. Прошло 35 лет и «все вдруг» оценили значение его работ, и возникло целое направление науки, названное тогда Менделизмом.

Лекция 4

Успехи клеточной теории во второй половине XIX в обусловили переоткрытие и принятие законов Менделя. Доказательство непрерывности живого. Описание митоза и мейоза. Установление постоянства числа и формы хромосом. Исследование процесса оплодотворения. Ядерная гипотеза наследственности и ее доказательство. А. Вейсман. Внутриклеточный пангенезис Г. де Фриза. Переоткрытие законов Менделя.

Судьба открытия Менделя – типичная иллюстрация общего правила неприятия «преждевременных» открытий. В то же время это и пример неизбежности признания научной истины, рано или поздно.

Метод Менделя и его подход были слишком необычны для его времени. То, как его не понимали иллюстрирует высказывание К.Нэгели: «Я полагаю, что, если константные формы подвергнуть дальнейшему испытанию (А, а, АВ, Аb, aB, ab), то они рано или поздно (при инцухте снова начнут варьировать» (Из письма Нэгели к Менделю, 1866). Даже в более поздней своей работе 1884 г о теории идиоплазмы Нэгели, видимо, под влиянием Менделя, говорит о задатках признаков (а не клеток или органов, как полагали Дарвин и Вейсман). Тем не менее, он нигде не упоминает Менделя, хотя и говорит о единообразии первого поколения и о расщеплении во втором (по: Гайсинович, 1967, с. 100).

Ускользнул Менделизм и от Дарвина отчасти по причинам, о которых мы уже говорили. Важнее другое, в то время господствовало представление о неизбежности «реверсии» признаков у гибридов: «Тенденция гибридов возвращаться к одному из родителей является частью более общего закона (что, как я совершенно убежден, я могу доказать экспериментально), а именно, что помесные расы, а также виды, стремятся вернуть признаки, существовавшие у предков сотни и тысячи поколений назад. Почему это так, бог его знает. Но взгляды Нодэна не проливают света, насколько я могу судить, на эту реверсию давно утерянных признаков» (Ч.Дарвин. Из письма Гукеру 13 сентября 1864 г). Эти заблуждения Дарвина не развеяли, даже его собственные результаты (не замеченные и не понятые автором) по скрещиванию львиного зева (1868), которые мы упоминали.

Сам Мендель ощущал недостаток знания механизмов, лежащих в основе тех явлений, которые он наблюдал. Он понимал, что открытые им закономерности основаны на механизмах оплодотворения и гаметогенеза (микро- и мегаспорогенеза, как мы сказали бы сегодня). Мендель сам пытался доказать, что для оплодотворения достаточно всего одного пыльцевого зерна.

Из письма к Нэгели 3 июля 1870 г:

«В прошлом году из-за болезни глаз я не производил других опытов по гибридизации. Только один эксперимент казался мне настолько важным, что я не решился отложить его на более поздний срок. Это касается взглядов Нодэна и Дарвина, что для удовлетворительного оплодотворения яйцеклетки не достаточно одного пыльцевого зерна. В качестве подопытного растения я взял, как и Нодэн, Mirabilis jalapa, однако результат моего опыта оказался совсем иным. Из опыления одним единственным пыльцевым зерном я получил 18 хорошо развитых семян, от них столько же растений, из которых 10 уже зацвели. Большинство этих растений развились также пышно как и растения, происшедшие от самоопыления» (по: Гайсинович, 1967, с. 95).

Только в 1875 г. О.Гертвиг выяснил, что оплодотворение (у иглокожих) заключается в слиянии мужского и женского пронуклеусов. Детали процесса оплодотворения стали доступны изучению только с середины 70-х гг XIX в как результат закономерного развития клеточной теории. Именно успехи клеточной теории и обусловили принятие законов Менделя, вновь открытых в 1900 г. Основные события в области цитологии и тесно связанной с ней эмбриологии в XIX в можно условно разделить на пять направлений, развивавшихся как последовательно, так и одновременно:

I. Доказательство непрерывности живого.

II. Описание митоза и мейоза.

III. Установление постоянства числа и формы хромосом.

IV. Исследование процесса оплодотворения.

V. ЯДЕРНАЯ ГИПОТЕЗА НАСЛЕДСТВЕННОСТИ и ее доказательство.

(Рис. 24).