Rađanje nauke zvane genetika

Povezane objave

• Kako šuma “diše”? 19/09
• Tikvice su voće! 13/04
• Nova otkrića arheologa: Ljudi su mnogo ranije migrirali iz Afrike? 26/01

Godine 1854., jedan monah izuzetnih intelektualnih kapaciteta i vanserijske radoznalosti, po imenu Gregor Mendel, počeo je da uzgaja grašak u stakleniku manastira Svetog Tome u današnjoj Češkoj. Do 1865. Mendel je napravio niz zapažanja koja su na kraju promenila fundamentalno razumevanje kako živa bića nasleđuju osobine koje poseduju.

On je predstavio svoja ključna otkrića o onome što je nazvao „određenim zakonima nasleđivanja“ 1865. godine, a kasnije su njegove studije bile u velikoj meri ignorisane od strane naučne zajednice u narednih 35 godina. Zašto?

U skladu s idejom da vreme naučnih otkrića treba da bude odgovarajuće da bi se ta otkrića pravilno procenila, Mendelova učenja prethodila su širokom prihvatanju Darvinove teorije evolucije. I zaista, tek su početkom 1900-ih Mendelovi zakoni nasleđivanja počeli da bivaju propagirani, a bilo je potrebno još više vremena da njegove ideje budu u potpunosti prihvaćene.

Na prelazu u 20. vek objavljena su tri nova naučna rada, od kojih je svaki ponovo otkrivao Mendelove zakone nasleđivanja. U prologu svoje knjige „Monah u bašti” iz 2000. godine, Robin Maranc Henig je primetila: „Objašnjenje koje se obično daje za ovaj neobičan obrt događaja je da svet nije bio spreman za Mendelove zakone 1865. godine, a da je do 1900. to bio.“

Da li je Mendel bio genije ili jednostavno iskusan uzgajivač biljaka koji se zatekao na pravom mestu u pravo vreme, pitanje je o kojem raspravljaju neki naučnici i istoričari, ali ono je irelevantno. Ono što je značajno jeste da je on očigledno bio među prvim istraživačima koji su posmatrali i objavili nalaze koji su pokazali da se osobine nasleđuju, i izneo je predvidljiva i stroga matematička pravila koja regulišu prenošenje pojedinačnih osobina s roditelja na potomstvo kao diskretne partikularne jedinice koje postoje u parovima kod svih pojedinaca.

Bitka koja besni

Možda je jedan od glavnih razloga zašto je Mendelov rad ostao relativno nejasan do ranih 1900-ih bio taj što je entitet poznat kao „gen“ ostao tako maglovit u odsustvu molekularnog razumevanja šta on zapravo podrazumeva. Nedostatak čvrstog razumevanja kako se genetski materijal prenosi s generacije na generaciju, ili tačnije, onoga što čini taj genetski materijal, izuzetno je otežalo savremenim naučnicima da prihvate Mendelovu genetiku.

Zaista, velika debata je izbila nakon objavljivanja knjige istraživača s Kembridža, Vilijama Bejtsona iz 1894. godine „Materijali za proučavanje varijacija: tretirani s posebnim osvrtom na diskontinuitet u poreklu vrsta“, u kojoj je izneo 886 primera diskontinualnih varijacija u nasleđu. Bejtson, kojeg je, nakon što je pročitao Mendelove studije o genetici graška godinama ranije, češki monah naprosto osvojio, postao je jedan od najvećih zagovornika Mendelove genetike. Ideja da genetske osobine mogu da preskaču generacije kao rezultat recesivnosti, što znači da se ta osobina prenosi na potomstvo samo ako je nasleđena od oba roditelja, bila je donekle revolucionarna po tome što se naizgled suprotstavljala nekim novim idejama koje su proizašle iz moderne statistike.

Otprilike u Mendelovo vreme, kasnih 1800-ih, Frensis Galton je otkrio statistički koncept regresije na srednju vrednost; jednostavno rečeno, ako je tačka uzorka ekstremna kada se posmatraju slučajne varijable, onda će dodatne tačke uočene u budućnosti verovatnije biti bliže. Galton je izračunao da se Darvinova evolucija mora odvijati većim, diskontinualnim koracima, a ne malim, inkrementalnim koracima, da bi se sprečila regresija nazad na srednju vrednost.

Naučnici koji su se zalagali za ideju da je evolucija glatka i kontinuirana pojava bili su poznati kao biometristi. Bejtson i oni koji su podržavali Mendelov model bili su ubeđeni da samo diskontinuitet može objasniti nasleđivanje mnogih osobina, pa je tako vođena besna bitka u nizu članaka i kontračlanaka objavljenih u časopisu Nature.

Teorija hromozoma

Do ranih 1900-ih, međutim, više dokaza u prilog Mendelovim idejama dolazilo je iz drugog pravca. Konkretno, dva naučnika, Volter Saton i Teodor Boveri, dali su veliki doprinos ovom poduhvatu.

Saton je izvršio značajna istraživanja pod vođstvom čuvenog Edmunda B. Vilsona na Kolumbija univerzitetu u Njujorku, objavljujući rad „Hromozomi u nasledstvu“ 1903., sa zaključkom da hromozomi (koji su sada bili vidljivi pod mikroskopom uz pomoć novih citoloških tehnika) nose Mendelov nasledni materijal.

Nemački citolog, ćelijski biolog i zoolog, Boveri, imao je izuzetnu karijeru tokom koje je došao do velikih otkrića, često se oslanjajući na svoje zoološko iskustvo da bi koristio zanimljive sisteme za proučavanje. Na primer, iskoristio je oplođena jaja morskog ježa, a kasnije i nematode Ascaris megalocephala, parazita koji obitava u konjskim crevima, kojim se kasnije u životu zarazio, što je možda izazvalo njegovu smrt. Boveri je proučavao centrosom ili ono što je on nazvao „centrosomom“ i dokumentovao njegovu važnost za deobu ćelija. On je takođe otkrio da sam centrosom deli i organizuje okolnu citoplazmu na takav način da vretenasta vlakna zrače iz nje i ostvaruju kontakt s hromozomima. Predviđajući stvari, Boveri je takođe objavio manje poznatu studiju u kojoj je predložio da bi aberantni hromozomi čak mogli biti odgovorni za nastanak karcinoma, u knjizi iz 1914. „U vezi s poreklom malignih tumora“.

Rad ova dva naučnika uveliko je unapredio ideju Mendelove genetike i doveo do onoga što je poznato kao teorija hromozoma Boveri-Saton.

Obrt na planu nasleđa

Dalja podrška za Mendelovu genetiku došla je kroz rad Neti Stivens, koja je morala da bude izuzetno briljantna naučnica da bi prevazišla vladajuću mizoginiju svoje ere. Stivens je bila genetičarka koja je radila u laboratoriji Tomasa Hanta Morgana, poznatog genetičara u oblasti muva i Nobelovog laureata za doprinos nauci o hromozomima i genetici na Brin Mauru, gde je Edmund Vilson takođe bio član fakulteta. Tokom doktorskih studija, Stivens je dobila stipendiju za putovanje u Nemačku i obuku kod Boverija pre nego što je doktorirala.

Po povratku u SAD, Stivens je radila na brašnim crvima (Tenebrio molitor) i primetila je da somatske ćelije ženskih crva brašnara sadrže 20 velikih hromozoma, dok one kod muškog crva brašnara imaju 19 velikih hromozoma i jedan mali. Takođe je otkrila da je tačno polovina spermatozoida ćelije mužjaka sadržavala devet velikih hromozoma i jedan mali, dok je druga polovina imala 10 velikih hromozoma. Njen zaključak je bio da su jajašca oplođena spermom s 10 velikih hromozoma pružila nastanak ženskih crva brašnara, pa je stoga mali hromozom diktirao generaciju muških jedinki. Njena otkrića je dodatno potvrdio Vilson, kada je pogledao brojeve hromozoma u brojnim vrstama insekata roda Hemiptera, podržavajući na taj način Mendelovu genetiku i pružajući novi zaokret u mehanizmima nasleđa.

Uz podršku nalaza velikih citologa i ćelijskih biologa, Mendelova genetika je pobedila. Međutim, njegovo učenje je na kraju kombinovano sa Galtonovim matematičkim napretkom, da bi se uvele nove statističke metode i rodila moderna oblast genetike. Sve što je nedostajalo je razumevanje šta je činio partikularni nasledni element unutar ćelija i hromozoma, koji je omogućio prelazak osobina s jedne generacije na drugu. Tako je polje genetike rođeno kroz posmatranja i pažljivo eksperimentisanje, ali bez razumevanja uloge DNK u ovom procesu, naučnici su i dalje gledali u vrh ledenog brega.