עמוד הבית > מדעים > ביולוגיה > גנטיקה
ישראל. משרד החינוך. האגף לתכנון ופיתוח תוכניות לימודיםהאוניברסיטה העברית. המרכז להוראת המדעים ע"ש עמוס דה שליט


תקציר
בשנת 1866 התפרסמה בכתב עת מדעי עבודה של נזיר צ'כי בשם יוהן גרגור מנדל, ובה הוא תיאר את תוצאות ההכלאות אשר ערך בצמחי אפונת הגינה בחצר המנזר. על סמך מחקריו הגיע מנדל למסקנה, שקיימים גורמים תורשתיים העוברים מדור לדור על פי כללים מסוימים. כללים אלה מכונים על שמו כללי התורשה של מנדל, ובזכותם נחשב הנזיר המדען לאבי תורת התורשה. על שיטות הניסוי של מנדל, תאור מהלך ההכלאות ותוצאותיהן, וכללי התורשה שמנדל ניסח על סמך ההכלאות שערך באפונים.



מנדל, אבי תורת התורשה


מדע התורשה הוא צעיר יחסית למדעים אחרים. רק באמצע המאה ה-19 נערכו הניסויים הראשונים, שבעזרתם ניתן להסביר את המעבר של תכונות מדור לדור. גם קודם לכן ניסו הוגי דעות ומלומדים רבים להבין את מקור הדמיון בין הורים לצאצאיהם, ואת הסיבה להבדלים הקיימים ביניהם. למלומדים היו השקפות שונות, אולם הם לא העמידו את השקפותיהם במבחן של ניסוי מדעי.

הנזיר המדען

בשנת 1866 התפרסמה בכתב עת מדעי עבודה של נזיר צ'כי בשם יוהן גרגור מנדל, ובה הוא תיאר את תוצאות ההכלאות אשר ערך בצמחי אפונת הגינה בחצר המנזר. על סמך מחקריו הגיע מנדל למסקנה, שקיימים גורמים תורשתיים העוברים מדור לדור על פי כללים מסוימים. כללים אלה מכונים על שמו כללי התורשה של מנדל, ובזכותם נחשב הנזיר המדען לאבי תורת התורשה.

מנדל נולד בשנת 1822 למשפחת איכרים דלת אמצעים, בכפר קטן שבצ'כוסלובקיה. עוד בילדותו בלט בו הרצון העז ללמוד ולדעת. משסיים את הלימודים בבית הספר שבכפר, המשיך בעיר הסמוכה.

מאוחר יותר הצטרף מנדל למנזר, ושימש שם ככומר תקופת מה, עד שנשלח לוינה להשתלם במתמטיקה ובמדעי הטבע. כשחזר החל מנדל ללמד מדעי הטבע ולנהל את בית הספר של המנזר.

מנדל עסק בחקר סודות התורשה שהלהיבו את דמיונו. הוא גידל בחלקה קטנה שבחצר המנזר זנים שונים של אפונת הגינה, וערך בהם הכלאות במשך כעשר שנים.

הצלחתו של מנדל במקום שאחרים נכשלו נבעה מכמה סיבות : השכלתו במתמטיקה ובמדעי הטבע אפשרה לו לפענח את החוקיות המכוונת את תהליכי התורשה. התמדתו הרבה, הקפדנות והדייקנות שלו בתכנון הניסויים ובביצועם, כמו גם בניתוח תוצאותיהם - כל אלה תרמו אף הם להישגיו.

שיטות הניסוי

כפי שכבר סיפרנו, מנדל בחר לצורך ניסוייו בצמח אפונת הגינה. זהו צמח קל לגידול, ובדרך כלל יש בו הפריה עצמית : האבקנים והצלקת סגורים בתוך עלי הכותרת, והפרח מאביק ומפרה את עצמו. עם זאת, ניתן לבצע בו גם הכלאות מכוונות.

מנדל אסף זנים רבים של אפונה ממקומות שונים בעולם. הזנים השונים של האפונה נבדלים ביניהם בתכונות ברורות שקל לזהותן, כגון : אורך הגבעול, צורת התרמיל, צבע הזרעים וכדומה. תחילה גידל מנדל את הצמחים דורות אחדים, והודות להפריה העצמית שלהם הוא קיבל זנים טהורים. אחר כך הוא ערך הכלאות בין זנים טהורים הנבדלים זה מזה בתכונה אחת, כגון צבע התרמיל, ועקב במשך דורות אחדים אחרי התכונה שבחר.

מנדל הקפיד לערוך חזרות רבות בניסוייו. לדוגמה, הוא ערך עשרות הכלאות בין זן אפונה עם תרמילים ירוקים לזן אפונה עם תרמילים צהובים, ואסף את תוצאותיהן יחד, כאילו היו תוצאות של הכלאה אחת. הוא הבין, כי בזן טהור כל הצמחים זהים מבחינת התכונה הנבדקת, ומשום כך מותר לו לאחד את התוצאות. כך קיבל מספר רב של צאצאים, שעליהם יכול היה לבסס את מסקנותיו.

אחרי שהיו בידי מנדל נתונים רבים על כל הכלאה, הוא ניתח אותם באופן מתמטי, וניסח תיאוריה שהסבירה את הממצאים הרבים.

ההכלאה ותוצאותיה

נתאר את מהלך ההכלאות ואת התוצאות לגבי תכונה אחת : צבע התרמילים.
תחילה הכליא מנדל בין שני זנים טהורים של אפונה, האחד בעל תרמילים ירוקים והשני בעל תרמילים צהובים. הצאצאים שהתקבלו התרבו באופן טבעי, כלומר בהפריה עצמית, והתקבל הדור השני של צאצאים. בכל דור בדק מנדל את צבע התרמילים, אם ירוקים הם או צהובים, ואלה התוצאות שקיבל :

מנדל נוכח לדעת, שבדור הצאצאים הראשון הופיעה רק תכונה אחת - תרמילים ירוקים ; לתכונה זו קרא "דומיננטית" (שלטנית). לעומת זאת, בדור הצאצאים השני חזרה והופיעה גם התכונה השנייה - תרמילים צהובים ; לתכונה זו קרא "רצסיבית" (נסגנית).

מנדל בדק ביסודיות שבע תכונות שונות שזיהה באפונה. הוא ערך הכלאות בין הזנים השונים, ובכולן קיבל תוצאות דומות : הכלאת שני זנים טהורים לגבי כל אחת מהתכונות שנבדקו, נתנה בני כלאיים, שכולם נראו כמו אחד ההורים, זה בעל התכונה הדומיננטית.

לאחר הפריה עצמית של דור הצאצאים הראשון, התקבל דור צאצאים שני ובו הופיעו שוב שתי התכונות. רוב הצאצאים היו בעלי התכונה הדומיננטית ומיעוטם בעלי התכונה הרצסיבית.

שבע הכלאות באפונה שערך מנדל

מה למד מנדל מהתוצאות?

עתה נראה מה הסיק מנדל מבדיקת האפונים בדורות השונים. נחזור לדוגמה של צבע התרמילים :

בדור ההורים היו שני זנים טהורים - בעלי תרמילים ירוקים ובעלי תרמילים צהובים. בדור הצאצאים הראשון היו כל הצמחים בעלי תרמילים ירוקים, ואילו בדור הצאצאים השני היו צמחים בעלי תרמילים ירוקים וגם צמחים בעלי תרמילים צהובים.

מן התוצאות הללו הסיק מנדל, שהצמחים בדור הצאצאים הראשון, בעלי התרמילים הירוקים, נשאו בתוכם בצורה נסתרת גורם כלשהו לתכונה השנייה - תרמילים צהובים. כלומר: יש להבחין בין הימצאות הגורם ובין הופעת התכונה.

אתה למדת על כך והדבר נראה לך מובן מאליו, אולם בדורו של מנדל לא ידעו מהם גנים, מהו גנוטיפ ומהו פנוטיפ, והוא היה הראשון שהסביר את התופעות הללו.

וכך הסביר מנדל את התוצאות שקיבל בהכלאה : צמח בן כלאיים נושא שני גורמים לצבע התרמיל - גורם דומיננטי, המתבטא בתרמיל הירוק שלו, וגורם רצסיבי, שאינו בא לידי ביטוי, אבל עשוי לעבור לדור הבא. כך הגיע מנדל למסקנה, שהתכונה אינה נקבעת על ידי גורם יחיד, אלא על ידי זוג גורמים.

מכאן קצרה הדרך להכללה שניסח מנדל, הכללה האומרת שבצמח יש זוג גורמים לגבי כל תכונה. את הגורם האחד מקבל היצור מאביו, ואת הגורם השני, בן זוגו, הוא מקבל מאמו. בעת יצירת תאי הרבייה חלה הפרדה בין שני הגורמים, וכל תא רבייה נושא רק גורם אחד מכל זוג. לאחר ההפריה, שוב מתקבל זוג גורמים בצאצא.

מנדל סימן את הגורמים לתכונות השונות באותיות האלף-בית הלטיני, וזה הקל עליו בניתוח התוצאות. הוא סימן את הגורם לצבע תרמיל ירוק באות הגדולה (G green), ואת הגורם לצבע תרמיל צהוב באות הקטנה g. כך נהג בסימון הגורמים של כל התכונות : הגורם הדומיננטי סומן באות הגדולה, והגורם הרצסיבי באות המקבילה הקטנה.

כיוון שבצמח יש זוג גורמים עבור כל תכונה, סימן מנדל את הצמחים כך : את הזן הטהור של אפונה עם תרמילים ירוקים הוא סימן ,GG את הזן הטהור של אפונה עם תרמילים צהובים הוא סימן gg ואת בני הכלאיים סימן בזוג האותיות .Gg בתאי הרבייה יש רק גורם יחיד, ולכן סימן אותם G או g.

שיטת הסימון שהנהיג מנדל, המקובלת גם כיום, מסייעת להראות את דרכם של גורמי התורשה מדור לדור.

סיכום המחקר

ואלה כמה מהמסקנות של מנדל מהמחקר המקיף שערך :

א. בכל יצור קיימים גורמים מוגדרים הקובעים את הורשת התכונות השונות.
ב. לגבי כל תכונה יש ביצור זוג גורמים, ואלה יכולים להיות זהים או שונים.
ג. כאשר ליצור יש זוג גורמים שונים, בא לידי ביטוי רק גורם אחד, הדומיננטי, ואילו הגורם הרצסיבי נסתר. הגורם הרצסיבי יכול לחזור ולהופיע בדורות הבאים.
ד. הגורמים הקובעים את התכונות עוברים מהורים לצאצאים דרך תאי הרבייה. בכל תא רבייה יש רק גורס אחד מכל זוג.
ה. בהפריה חל איחוד של שני תאי רבייה, ומתקבל צאצא עם זוג גורמים עבור כל תכונה.

את תוצאות מחקריו סיכם מנדל בשתי הרצאות, שנשא בשנת 1865 בפני החברה לידיעת הטבע בעיר ברנו שבאוסטריה, אך הן לא זכו לתשומת הלב הראויה. גם פרסום עבודותיו בכתב העת של החברה, אשר הופץ בספריות המדעיות של אירופה ואמריקה, לא עורר כל הד. מנדל, שנתמנה מאוחר יותר לאב המנזר, זנח בהדרגה את מחקרו המדעי, ובבוא יומו עבר מן העולם מבלי שהכירו בו ובגדולת עבודתו המדעית.

רק בראשית המאה העשרים התגלו מחדש מחקריו ומסקנותיו של מנדל, והם זכו להכרת העולם המדעי ולהערכתו. הנזיר הצ'כי, הכמעט אלמוני, נחשב מאז אבי תורת התורשה. עקרונות התורשה שהכרנו בפרקים הקודמים, מבוססים ברובם על תורתו של מנדל.

במחקרים שנערכו מזמנו של מנדל ועד היום נתגלה מידע רב על הגורמים התורשתיים, על מקומם בתא, על הרכבם הכימי, על אופן פעולתם בקביעת התכונות התורשתיות, וגם על דרכים לשנותם. המידע החדש התאים להפליא למסקנותיו של מנדל, ואישר את כללי התורשה שמנדל ניסח על סמך ההכלאות שערך באפונים.

ביבליוגרפיה:
כותר: מנדל, אבי תורת התורשה
שם  הספר: פרקים בתורשה
תאריך: 1988
בעלי זכויות : ישראל. משרד החינוך. האגף לתכנון ופיתוח תוכניות לימודים; האוניברסיטה העברית. המרכז להוראת המדעים ע"ש עמוס דה שליט
הוצאה לאור: ישראל. משרד החינוך. האגף לתכנון ופיתוח תוכניות לימודים; האוניברסיטה העברית. המרכז להוראת המדעים ע"ש עמוס דה שליט
הערות: 1. הספר הוכן על ידי צוות משותף לאגף לתכניות לימודים ולמרכז הישראלי להוראת המדעים ירושלים.
הספרייה הוירטואלית מטח - המרכז לטכנולוגיה חינוכית