Ο Γκρέγκορ Μέντελ θεωρείται ο πατέρας της σύγχρονης γενετικής. Ήταν ένας Αυστριακός μοναχός που δούλευε με φυτά μπιζελιού για να εξηγήσει πώς τα παιδιά κληρονομούν χαρακτηριστικά από τους γονείς τους. Το έργο του έγινε το θεμέλιο για το πώς οι επιστήμονες αντιλαμβάνονται την κληρονομικότητα και θεωρείται ευρέως πρωτοπόρος στον τομέα της γενετικής.
Φυτά μπιζέλια και μεντελική γενετική
Στα περίφημα πειράματα του Mendel στα φυτά μπιζελιού, επικονίασε σκόπιμα φυτά μπιζελιού με προφανώς διαφορετικά χαρακτηριστικά για να ανακαλύψει μερικά σημαντικά πράγματα σχετικά με το πώς οι απόγονοι κληρονομούν χαρακτηριστικά από τους γονείς τους.
Τα πειράματα
Ο Mendel μέτρησε επτά συγκεκριμένα χαρακτηριστικά των φυτών μπιζελιού:
- Λειός ή ζαρωμένος ώριμος σπόρος
- Κίτρινο ή πράσινο λεύκωμα σπόρων
- Μωβ ή λευκό λουλούδι
- Φουσκωμένος ή συσπασμένος ώριμος λοβός
- Πράσινα ή κίτρινα άγουρα λοβοί
- Αξονική ή τερματική θέση λουλουδιών
- Ψηλό ή νάνο μήκος στελέχους
Τι ανακάλυψε
Μεταξύ 1856 και 1863 ο Mendel πειραματίστηκε στο είδος Pisum sativum, ή φυτό μπιζελιού. Τα πειράματά του τον οδήγησαν σε τρεις γενικεύσεις:
- Οι απόγονοι αποκτούν έναν κληρονομικό παράγοντα από κάθε γονέα. Αυτό είναι γνωστό ως νόμος του διαχωρισμού.
- Διαφορετικά γνωρίσματα έχουν ίσες ευκαιρίες να εμφανιστούν μαζί. Αυτό είναι γνωστό ως ο νόμος της ανεξάρτητης ποικιλίας και οι σημερινοί επιστήμονες αντιλαμβάνονται ότι αυτό είναι σε μεγάλο βαθμό ανακριβές. Ορισμένα γονίδια στην πραγματικότητα συνδέονται μεταξύ τους και εμφανίζονται πιο συχνά μαζί.
- Ο απόγονος θα κληρονομήσει το κυρίαρχο χαρακτηριστικό και μπορεί να κληρονομήσει το υπολειπόμενο χαρακτηριστικό μόνο εάν κληρονομήσει και τους δύο υπολειπόμενους παράγοντες. Αυτό είναι γνωστό ως νόμος της κυριαρχίας.
Οι περισσότεροι επιστήμονες της εποχής του απέρριψαν το έργο του Μέντελ. Δεν έγινε ευρέως αποδεκτό παρά μόνο μετά το θάνατό του. Κατά τη διάρκεια της ζωής του, οι περισσότεροι επιστήμονες πίστευαν ότι οι απόγονοι κληρονόμησαν χαρακτηριστικά με ανάμειξη, δηλαδή οι απόγονοι κληρονόμησαν έναν «μέσο όρο» των χαρακτηριστικών των γονέων.
Επίδειξη της Μεντελικής Γενετικής
Ο Ο Mendel λέγεται ότι έχει δοκιμάσει πάνω από 28.000 φυτά για να καταλήξει στο συμπέρασμά του. Αν και το εύρος του έργου του μάλλον δεν είναι ρεαλιστικό για να το αναδημιουργήσετε, μπορείτε να μελετήσετε τη γενετική χρησιμοποιώντας φυτά.
Ποιος είναι ο Πατέρας;
Who's the Father είναι ένα πείραμα στο οποίο οι μαθητές θα πειραματιστούν σε φυτά για να προβλέψουν παρατηρήσιμα χαρακτηριστικά. Μπορείτε να αναδημιουργήσετε το πείραμα χρησιμοποιώντας Wisconsin Fast Plants® (Brassica rapa) - τα οποία έχουν σχεδιαστεί ειδικά ώστε οι μαθητές να μπορούν να τα χρησιμοποιούν για να μελετήσουν τη γενετική. Αναπτύσσονται επίσης πιο γρήγορα - ένας πλήρης κύκλος ζωής διαρκεί 28-30 ημέρες. Αυτό το πείραμα θα χρειαστεί περίπου έξι εβδομάδες καθημερινών παρατηρήσεων για να ολοκληρωθεί. Είναι καλύτερο για μεγαλύτερους μαθητές στο γυμνάσιο ή στο γυμνάσιο που σπουδάζουν γενετική.
Υλικά
- Σπόρος Wisconsin Fast Plants®, μη μωβ στέλεχος, άτριχος (συσκευασία των 200)
- Wisconsin Fast Plants® Seed, Yellow-Green Leaf (συσκευασία των 200)
- Σπόρος Wisconsin Fast Plants®, μη μωβ στέλεχος, κιτρινοπράσινο φύλλο (συσκευασία των 200)
- Potting mix
- Πέλλετ λιπάσματος βραδείας αποδέσμευσης
- Σπιτικό σύστημα φωτισμού φθορισμού ή αγορασμένο σύστημα φωτισμού
- Σπιτικό σύστημα καλλιέργειας (εναλλακτικά, μπορείτε να αγοράσετε σύστημα ποτίσματος)
- Ετικέτες για φυτά
- Πονταρίσματα και ισοπαλίες
- Q-tips, ή ραβδιά μέλισσας (χρειάζεστε μόνο μερικά)
Οδηγίες
- Κατασκευάστε πρώτα τα συστήματα φωτισμού και ποτίσματος. Το Wisconsin Fast Plants® χρειάζεται συνεχές φως φθορισμού και συνεχή παροχή λιπάσματος και νερού. Μπορείτε είτε να φτιάξετε σπιτικές εκδόσεις αυτών είτε μπορείτε να αγοράσετε προκατασκευασμένα κιτ μέσω της Carolina Biological. Και οι δύο επιλογές συνδέονται παραπάνω στη λίστα υλικών.
- Φυτέψτε τους σπόρους (δεν χρειάζεται να τους χρησιμοποιήσετε όλους) σύμφωνα με τις οδηγίες καλλιέργειας. Θα θελήσετε να ξεκινήσετε φυτεύοντας τους μη μοβ, κιτρινοπράσινους σπόρους των φύλλων (αυτός θα αναφέρεται ως ο απόγονος πρώτης γενιάς ή O1.) Φυτέψτε επίσης το μη μοβ στέλεχος, άτριχους σπόρους. (Αυτοί οι σπόροι είναι οι μητρικοί σπόροι, που αναφέρονται ως P1). Βεβαιωθείτε ότι έχετε βάλει ετικέτα ποιο είναι ποιο!
- Σε περίπου τέσσερις έως επτά ημέρες, τα φυτά σας θα πρέπει να αναπτυχθούν. Παρατηρήστε τα χρώματα των βλαστών και των φύλλων και των δύο συνόλων φυτών και καταγράψτε τις παρατηρήσεις σας στο τετράδιο του εργαστηρίου σας. Ο καλύτερος τρόπος για να ποσοτικοποιήσετε τις παρατηρήσεις σας είναι να μετρήσετε τους φαινοτύπους (μετρήστε τον αριθμό των φυτών που έχουν μη μοβ μίσχους, τον αριθμό των φυτών που έχουν κιτρινοπράσινα φύλλα κ.λπ.)
- Απορρίψτε τα μητρικά φυτά, αλλά διατηρήστε τα φυτά απογόνους.
- Γράψτε μια υπόθεση για το πώς τα φυτά απόγονοι κληρονόμησαν τα παρατηρήσιμα γενετικά τους χαρακτηριστικά. Για παράδειγμα, εάν παρατηρήσετε ότι τα περισσότερα από τα απογόνους σας φυτά έχουν μη μοβ μίσχους αλλά κίτρινα φύλλα, μπορείτε να τα ορίσετε ως κυρίαρχα χαρακτηριστικά. Εάν παρατηρήσετε ότι μερικά από τα απογόνους σας φυτά έχουν μοβ μίσχους και πράσινα φύλλα, μπορεί να υποθέσετε ότι πρόκειται για υπολειπόμενα χαρακτηριστικά. Με βάση τις παρατηρήσεις σας, δημιουργήστε μια ελεγχόμενη υπόθεση. Θα θέλετε να προσπαθήσετε να μαντέψετε τα χρώματα του μίσχου και των φύλλων του πατέρα φυτού με βάση την υπόθεσή σας.
- Ενσωματώστε τα φυτά χρησιμοποιώντας ένα ραβδί μέλισσας ή Q-tip. Για να το κάνετε αυτό, αλλάξτε απαλά το ραβδί μέλισσας σε ένα φυτό, διασφαλίζοντας ότι το φυτό έχει γύρη και, στη συνέχεια, μοιραστείτε το με ένα άλλο φυτό. Κάνετε αυτό πολλές φορές για να βεβαιωθείτε ότι κάθε φυτό λαμβάνει γύρη από πολλά άλλα φυτά, τόσο με παρόμοια όσο και διαφορετικά παρατηρήσιμα χαρακτηριστικά. Κάνετε αυτό μία φορά την ημέρα για τρεις ημέρες.
- Μόλις περάσουν οι τρεις μέρες, κόψτε τα μπουμπούκια λουλουδιών που δεν επικονιάστηκαν.
- Σταματήστε να ποτίζετε τα φυτά και αφήστε τα να στεγνώσουν.
- Μαζέψτε τους σπόρους και ξαναφυτέψτε τους, ξεκινώντας ουσιαστικά ξανά τη διαδικασία. Αυτοί οι σπόροι είναι η δεύτερη γενιά απογόνων, ή O2.
- Κάντε παρατηρήσεις σχετικά με το χρώμα του στελέχους και των φύλλων της επόμενης γενιάς φυτών. Πιστεύετε ότι η υπόθεσή σας ήταν σωστή;
- Φυτέψτε τους κιτρινοπράσινους σπόρους των φύλλων. Αυτά θα είναι γνωστά ως «πατέρας» ή P2.
- Μετά από λίγες μέρες, παρατηρήστε τα χρώματα του στελέχους και των φύλλων των φυτών P2. Οι παρατηρήσεις σας υποστηρίζουν την υπόθεσή σας;
Οδηγίες βίντεο
Αυτό το βίντεο δείχνει πώς να κάνετε εργαστήρια γενετικής και θα σας βοηθήσει να αντιμετωπίσετε τη διαδικασία για τη μελέτη της γενετικής των φυτών σας.
Διαδικτυακά εργαστήρια
Αξίζει να σημειωθεί ότι αν η καλλιέργεια μπιζελιών και η κατασκευή σπιτικών συσκευών είναι λίγο περισσότερα από όσα διαπραγματευόσασταν, υπάρχουν μερικά εξαιρετικά διαδραστικά εργαστήρια στο διαδίκτυο.
Μπιζέλια του Mendel
Αυτό το διαδικτυακό εργαστήριο είναι ένα αντίγραφο των πειραμάτων με μπιζέλια του Mendel. Το εργαστήριο έχει ένα εύχρηστο μενού, ώστε να μπορείτε πραγματικά να εξερευνήσετε το εργαστήριο πριν κάνετε οτιδήποτε. Το εργαστήριο σας οδηγεί σε διάφορα βήματα, όπως φύτευση των μπιζελιών, παρατήρηση των χαρακτηριστικών τους και στη συνέχεια διασταυρούμενη επικονίαση των πρώτων φυτών που καλλιεργήσατε. Αυτό ακριβώς έκανε ο Μέντελ για να μπορέσουν οι μαθητές να κατανοήσουν την κουραστική διαδικασία που πέρασε για να καταλήξει στις παρατηρήσεις του.
Μπιζελόσουπα
Αν και γραφικά δεν είναι τόσο συναρπαστικό, η Pea Soup είναι μια άλλη διαδικτυακή επιλογή που βοηθά τους μαθητές να παρατηρήσουν δύο χαρακτηριστικά στα φυτά μπιζελιού. Για να ξεκινήσετε, κάνετε κλικ στο κουμπί «έναρξη πειράματος». Στη συνέχεια μεταφέρεστε σε μια σελίδα όπου μπορείτε να επιλέξετε να «ζευγάρετε» δύο διαφορετικά μπιζέλια. Οι γονότυποι τους είναι γραμμένοι για εσάς. Στη συνέχεια, η σελίδα θα σας εμφανίσει όλες τις διαθέσιμες επιλογές για τους «γονείς» που επιλέξατε. Η σελίδα μετακινείται γρήγορα και μπορείτε να τη χάσετε αν δεν γράφετε τα πάντα.
MIT's STAR Genetics
Το εργαστήριο STAR Genetics του MIT είναι ένα «παιχνίδι» με δυνατότητα λήψης, όπου οι μαθητές μπορούν να αναμειγνύουν και να ταιριάζουν γονότυπους μιας ποικιλίας ειδών, συμπεριλαμβανομένων των φυτών μπιζελιών, των φρουτόμυγων, ακόμη και των αγελάδων. Το πρόγραμμα ταιριάζει καλύτερα σε μαθητές γυμνασίου που έχουν ισχυρή κατανόηση της Βιολογίας.
Η γενετική είναι διασκεδαστική
Είτε μελετάτε φυτά μπιζελιού ή μύγες φρούτων, είτε απλά πηγαίνετε σπίτι και παρατηρείτε τα χαρακτηριστικά των γονιών σας και προσπαθείτε να καταλάβετε πώς αποκτήσατε τα δικά σας, η μελέτη γενετικής μπορεί να είναι πολύ διασκεδαστική. Ενώ η σύγχρονη γενετική εντοπίζει μερικά πράγματα που ο Μέντελ έκανε λάθος, οι θεωρίες του εξακολουθούν να ισχύουν όταν τα χαρακτηριστικά δεν συνδέονται ή δεν επηρεάζονται από άλλους παράγοντες.
