Жизнь проста. Как бритва Оккама освободила науку и стала ключом к познанию тайн Вселенной - Джонджо МакФадден

Хейнцендорф (ныне Гинчице) в Силезии (современная Чехия). В те времена мальчик, родившийся в семье фермера, становился фермером, и Иоганна не миновала бы та же участь, если бы не вмешался учитель местной школы, который заметил способности мальчика и стал уговаривать родителей вложить все сбережения в образование сына и отдать его в гимназию в соседнем городке Троппау (ныне Опава). Иоганн окончил шесть классов, хотя это далось ему нелегко – уже тогда он страдал от приступов недуга, преследовавшего его всю жизнь. Сейчас его болезнь называется клинической депрессией[390].

Позже он был принят в университет в Оломоуце в Моравии, где изучал философию и физику. За обучение платила его сестра Терезия из своего приданого, а сам Иоганн зарабатывал на жизнь, давая уроки студентам младших курсов. Вполне вероятно, что интерес к вопросам наследственности впервые появился у Иоганна в университете, где декан факультета естественных наук Иоганн Карл Нестлер проводил опыты по выведению растений и животных. Однако молодой Мендель не мог постоянно рассчитывать на деньги сестры, и в 1843 году он постригся в монахи августинского монастыря Святого Фомы в Брюнне (ныне Брно) и взял имя Грегор. Как он позднее писал: «Мой выбор призвания был продиктован обстоятельствами».

Итак, Грегор Мендель становится священником и даже получает приход, однако в письме местному епископу от 1849 года аббат Сирил Напп характеризует его как «усердного в изучении наук, но менее приспособленного к службе в качестве настоятеля прихода». Аббат направляет своего подопечного, явно демонстрирующего склонность к наукам, в Венский университет, где Мендель изучает физику под руководством знаменитого Кристиана Доплера, открывшего физический эффект, названный его именем[391]. Он также изучает ботанику у Франца Унгера, чьи исследования в области микробиологии во многом предвосхитили теорию эволюции Дарвина. В 1853 году Мендель возвращается в Брюнн.

Точно неизвестно, почему Мендель выбрал для своих экспериментов горох, однако его выбор соответствовал принципам экспериментальных исследований, которые были заложены Галилеем, Бойлем и другими учеными, отдававшими предпочтение максимально простым экспериментальным системам. Горох просто выращивать, у него короткий период созревания, и он отличается большим количеством сортов, в которых легко различить наследственные признаки: например, форма горошин, которые могут быть гладкими или сморщенными, их цвет, зеленый или желтый, высота растения, окраска цветов, от белого до фиолетового. По аналогии с тем, как Галилей шлифовал металлические шарики, добиваясь идеальной формы и гладкой поверхности, Мендель добивался совершенства своей экспериментальной модели, выращивая каждый сорт в нескольких поколениях, стремясь получить устойчивые признаки. Чтобы не допустить появления других разновидностей, он собственноручно проводил скрещивание растений и на память знал каждую исходную пару. Он писал: «Опыты с растениями, различающимися по семенам, наиболее просты и надежнее ведут к цели»[392],[393]. Менделю не нужно было цитировать Аристотеля или Оккама в подтверждение своего стремления к простоте эксперимента. Для большей части ученых в то время это уже вошло в привычку, и они не утруждали себя размышлениями по этому поводу.

В работе, написанной примерно в 1865 году, Мендель говорит о своем намерении пролить свет на процесс «искусственного скрещивания декоративных растений, производившегося с целью получения новых, различающихся по окраске форм»[394]. В университетах Оломоуца и Вены до него, безусловно, доходили слухи о полемике вокруг эволюционной теории, наделавшей много шума в естествознании XIX века. Совершенно очевидно, что он купил и прочитал книгу Дарвина «Происхождение видов» в немецком переводе, поэтому в своей работе он пишет, что его эксперименты по исследованию наследственности – «единственный правильный путь для решения вопроса, имеющего большое значение при выяснении истории развития органических форм».

Чтобы понять, как наследуются такие признаки, как морщинистая поверхность горошин или фиолетовая окраска цветов, Мендель скрещивал растения с разными признаками, например растения с белыми и фиолетовыми цветами. Он рассчитывал, что получит растения с цветами более бледного фиолетового оттенка. Однако в новом поколении растений не было и намека на белый цвет – все цветы были фиолетовые. Он позволил новым растениям самоопыляться, а потом собрал горошины и посадил их, чтобы получить второе поколение растений. Когда появились цветы, он с удивлением обнаружил, что белый цвет вернулся, но только в цветах из горошин каждого четвертого стручка. Вместо ожидаемого смешения признаков Мендель получил фиолетовый и белый цвета в соотношении 3:1.

За восемь лет Мендель провел около 15 000 скрещиваний, выбирая растения с различными парными признаками. Он скрупулезно записывал полученные результаты нескольких поколений растений. Примечательно, что, какими бы ни были пары признаков, они проявлялись в следующих поколениях в соотношениях целых чисел – например, соотношение гладких горошин к морщинистым могло быть 3:1, или 1:1, или 1:0 (только гладкие горошины). Он также обратил внимание на то, что один вариант из пары признаков (гладкий – сморщенный, белый – фиолетовый) будет проявляться как доминантный в первом поколении (гладкие горошины), а альтернативный признак (сморщенные горошины) будет рецессивным и проявится только во втором поколении.

Самый важный результат экспериментов Менделя с точки зрения теории эволюции состоял в том, что вопреки догмам, принятым в XIX веке, наследуемые признаки не смешивались. Напротив, и доминантные, и рецессивные признаки передавались через поколения в неизменном состоянии. Горошина в стручке, который Мендель открыл в 1863 году на заключительном этапе экспериментов, была такой же сморщенной, как и горошины в первом поколении, полученном скрещиванием в 1855 году, несмотря на то что между ними было несколько поколений гладких горошин. Наследуемые признаки могут передаваться избирательно, но они никогда не смешиваются. Мендель назвал факторы, ответственные за определенные наследуемые признаки, термином elementens. Сегодня они известны нам как гены.

В отличие от Кеплера, жаловавшегося на сложности в работе с результатами наблюдений, Мендель нигде не говорит об этом, и мы можем только представить, каких трудов ему стоил анализ данных, полностью противоречивших догме. Первый вывод, к которому он пришел, анализируя числовые соотношения в закономерностях наследования признаков, удивил его: все говорило о том, что в основе механизма наследования лежит дискретность, а не непрерывность. Говоря современным языком, механизм скорее цифровой, нежели аналоговый. Мендель, хорошо разбиравшийся в физике, не мог не удивиться: обнаруженная им особенность составляла главное отличие наследственности от таких физических параметров, как скорость, масса, импульс, давление, температура или ускорение, которые характеризуются непрерывным изменением. В отличие от них ген был дискретным носителем информации, выраженным набором целых чисел: один, два или три.

Свои размышления Мендель представил на заседании Общества естественной истории в Брюнне 8 февраля 1865 года, а законченная работа была опубликована в следующем году, спустя семь лет после выхода книги Дарвина, в разгар жесточайшей полемики между сторонниками и противниками теории естественного отбора. Труд Менделя мог бы послужить ответом на вопросы некоторых критиков теории. Однако откликнулся на нее лишь Бенджамин Дейдон Джексон