เกรเกอร์ เมนเดล บิดาแห่งพันธุศาสตร์สมัยใหม่ผู้ค้นพบกฎการถ่ายทอดทางพันธุกรรม

เกรเกอร์ เมนเดล (Gregor Mendel) เป็นบาทหลวงและนักพฤกษศาสตร์ชาวออสเตรียผู้ค้นพบกฎการถ่ายทอดลักษณะทางพันธุกรรมอันเป็นพื้นฐานสำคัญของวิชาพันธุศาสตร์สมัยใหม่จากการทดลองผสมพันธ์ุต้นถั่วต่างพันธุ์ที่มีลักษณะบางอย่างแตกต่างกันจากต้นถั่วหลายสิบชนิดนับพันครั้งเป็นเวลานาน 8 ปี แม้ว่าผลงานของเขาถูกละเลยไปกว่า 35 ปี แต่ในเวลาต่อมามีนักวิทยาศาสตร์หลายคนทำการทดลองได้ผลตรงกับที่เมนเดลเคยรายงานไว้ กฎของเมนเดลจึงเป็นที่ยอมรับและรู้จักในวงกว้าง ด้วยผลงานยิ่งใหญ่ในการค้นพบกฎการถ่ายทอดลักษณะทางพันธุกรรมเมนเดลจึงได้รับการยกย่องเป็น “บิดาแห่งพันธุศาสตร์สมัยใหม่”

 
ต้องออกบวชเพื่อโอกาสทางการศึกษา

gregor-mendel-2

เกรเกอร์ เมนเดล เป็นชาวออสเตรีย เดิมชื่อโยฮันน์ เมนเดล เกิดเมื่อปี 1822 ที่เมือง Heinzendorf ประเทศออสเตรีย ในครอบครัวเกษตรกรที่ค่อนข้างยากจน ในวัยเด็กเขาทำงานเป็นคนสวนและเรียนรู้การเลี้ยงผึ้ง เมนเดลเรียนมัธยมแถวบ้านเกิดและมีผลการเรียนที่ยอดเยี่ยม ปี 1840 เขาเข้าเรียนต่อในวิชาปรัชญาหลักสูตร 2 ปีที่มหาวิทยาลัย Olomouc ซึ่งเขาก็ทำได้ดีโดยเฉพาะในวิชาฟิสิกส์และคณิตศาสตร์ แต่การเรียนก็เป็นไปอย่างยากลำบากเพราะฐานะทางบ้านไม่ดีไม่สามารถสนับสนุนเขาได้ เมนเดลจึงต้องหาเงินด้วยการสอนพิเศษ ประกอบกับเขาเกิดป่วยหนักจนต้องหยุดเรียนไปปีหนึ่งจึงเรียนจบหลักสูตรในปี 1843

เมนเดลตัดสินใจออกบวชเป็นพระในคณะออกัสติเนียนแห่งนิกายโรมันคาทอลิกเพราะมันสามารถทำให้เขาได้เรียนต่อโดยไม่ต้องจ่ายเงินเอง พอเป็นนักบวชเขาได้ชื่อว่า “เกรเกอร์” โยฮันน์ เมนเดลจึงกลายเป็นเกรเกอร์ เมนเดลตั้งแต่ตอนนั้น เขาย้ายไปอยู่ที่เมือง Brünn ฝึกฝนการเป็นบาทหลวงที่นั่น และได้ทำงานเป็นครูผู้ช่วยที่โรงเรียนมัธยมแห่งหนึ่งซึ่งเขาประสบความสำเร็จในการทำหน้าที่เป็นครูอย่างมาก

 
ล้มเหลวซ้ำซากกับใบรับรองการเป็นครู

gregor-mendel-3

ปี 1850 เมนเดลเข้าสอบเพื่อรับใบรับรองการเป็นครูมัธยม แต่ปรากฏว่าเขาไม่ผ่านการสอบสัมภาษณ์ เมนเดลถูกส่งไปเรียนเพิ่มทางด้านวิทยาศาสตร์ที่มหาวิทยาลัยเวียนนา เขาทุ่มเทเวลาศึกษาวิชาฟิสิกส์ภายใต้การดูแลของ Christian Doppler นักฟิสิกส์ชื่อดังชาวออสเตรียและวิชาคณิตศาสตร์ นอกจากนี้เขายังได้ศึกษากายวิภาคศาสตร์และสรีรวิทยาของพืชและการใช้กล้องจุลทรรศน์

เมนเดลเรียนจบกลับมาอยู่ที่วัดในเมือง Brünn ในปี 1853 และได้ทำงานเป็นครูโรงเรียนมัธยมในเมือง Brünn อีกครั้ง แต่คราวนี้เขาสอนอยู่นาน 14 ปี ในปี 1856 เมนเดลพยายามสอบเพื่อรับใบรับรองครูมัธยมอีกครั้ง แต่ก็ยังไม่ผ่านการสอบสัมภาษณ์เหมือนเดิมซึ่งทำให้เขาผิดหวังซ้ำสองจนประสาทเสียไปพักใหญ่ แต่อย่างไรก็ตามเมนเดลยังคงเป็นครูที่ประสบความสำเร็จอย่างสูง

นอกจากเป็นครูสอนหนังสือเมนเดลยังมีหน้าที่ดูแลสวนภายในวัดด้วย เขามีพื้นฐานการปลูกพืชเป็นอย่างดีเนื่องจากเติบโตในครอบครัวเกษตรกรและยังได้ศึกษาสรีรวิทยาของพืชในระดับสูงมาอีกด้วย การทำงานในสวนทำให้เขามีโอกาสได้สังเกตลักษณะต่างๆของพืชโดยเฉพาะอย่างยิ่งเรื่องการถ่ายทอดลักษณะทางพันธุกรรมซึ่งเขาสนใจเป็นพิเศษ

 
การทดลองครั้งสำคัญในประวัติศาสตร์

gregor-mendel-4

ปี 1854 เจ้าอาวาสอนุญาตให้เมนเดลทำการทดลองเพื่อศึกษาการถ่ายทอดลักษณะทางพันธุกรรมไปสู่รุ่นลูกหลานของพืชที่แปลงทดลองภายในวัดพื้นที่ราว 12 ไร่ เขาเลือกถั่วลันเตาในการทดลองศึกษาตามวัตถุประสงค์ดังกล่าว เนื่องจากถั่วลันเตามีพันธุ์ที่แตกต่างหลากหลาย เพาะปลูกได้ง่ายโตเร็ว ควบคุมการผสมเกสรได้สะดวก และการงอกใหม่ของเมล็ดมีโอกาสสำเร็จสูงมาก หลังจากทำการทดลองในเบื้องต้นแล้วเมนเดลจึงเลือกที่จะทำการศึกษาลักษณะที่แตกต่างกันอย่างชัดเจนของถั่วลันเตา 7 ลักษณะได้แก่ สีของดอก (ม่วง – ขาว), ตำแหน่งของดอก (ติดกิ่ง – ปลายยอด), สีของเปลือกหุ้มเมล็ด (เหลือง – เขียว), รูปร่างของเมล็ด (กลม – ย่น) , สีของฝัก (เขียว – เหลือง), รูปร่างของฝัก (อวบ – แฟบ) และความสูงของต้น (สูง – เตี้ย)

เมนเดลใช้เวลาระหว่างปี 1856 – 1863 รวมทั้งหมด 8 ปีทำการทดลองผสมพันธ์ุถั่วลันเตานับพันครั้ง ศึกษาติดตามการถ่ายทอดลักษณะทางพันธุกรรมจากรุ่นสู่รุ่น เขาทำการศึกษาการถ่ายทอดพันธุกรรมทีละลักษณะก่อนจนเข้าใจดีแล้วจึงทำการศึกษาการถ่ายทอดหลายลักษณะพร้อมๆกัน เริ่มจากคัดเลือกพ่อแม่พันธุ์แท้ (pure-breeding) ที่มีลักษณะแตกต่างกันมาทำการผสมเกสรข้ามพันธุ์ รุ่นลูกของพ่อแม่พันธุ์แท้เรียกว่าลูกผสมช่วงที่ 1 หรือ F1 (first filial generation) จากนั้นทำการผสมพันธุ์ F1 ด้วยกัน รุ่นหลานหรือลูกของ F1 เรียกว่า F2 (second filial generation)

เมนเดลพบว่ารุ่น F1 จะมีลักษณะเหมือนกับพ่อหรือแม่เพียงลักษณะเดียวทั้งหมด เช่น พ่อแม่เป็นดอกสีม่วงกับดอกสีขาว รุ่น F1 จะมีดอกสีม่วงทั้งหมด ส่วนรุ่น F2 เขาพบว่าอัตราส่วนของจำนวนต้นที่มีดอกสีม่วงต่อจำนวนต้นที่มีดอกสีขาวเท่ากับ 3 ต่อ 1 กรณีนี้ดอกสีม่วงเรียกว่าลักษณะเด่น (Dominant trait) ส่วนดอกสีขาวเรียกว่าลักษณะด้อย (Recessive trait) เมนเดลทำการผสมพันธ์ุถั่วลันเตาต่างลักษณะหลากหลายรูปแบบและปลูกต้นถั่วไปทั้งหมดราว 28,000 ต้น ได้ข้อสรุปการถ่ายทอดลักษณะทางพันธุกรรมที่ต่อมากลายเป็นพื้นฐานสำคัญของวิชาพันธุศาสตร์สมัยใหม่ที่เรียกกันว่า กฎของเมนเดล (Mendel’s Laws)


gregor-mendel-5

แสดงผลการทดลองของเมลเดลเรื่องอัตราส่วนลักษณะเด่นต่อลักษณะด้อยในรุ่น F2 ใกล้เคีียงกับ 3 ต่อ 1 ในทุกลักษณะ

 
กฎการถ่ายทอดพันธุกรรมของเมนเดล

เมนเดลได้ข้อสรุปจากการทดลองอย่างยาวนานว่าลักษณะทางพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิตแต่ละลักษณะจะขึ้นอยู่กับหน่วยควบคุมที่เรียกว่า ยีน (gene) และยีนจะอยู่เป็นคู่เสมอ โดยยีนตัวหนึ่งมาจากพ่อ อีกตัวหนึ่งมาจากแม่ ยีนที่เป็นตัวควบคุมลักษณะต่างๆซึ่งอยู่กันเป็นคู่ๆนี้สามารถถ่ายทอดไปยังรุ่นต่อไปได้ และการถ่ายทอดเป็นไปตามกฎ 3 ข้อดังนี้

1. กฎการแยกตัวของยีน (Law of segregation of gene) เมื่อมีการสร้างเซลล์สืบพันธุ์ ยีนของแต่ละลักษณะที่อยู่เป็นคู่จะแยกไปอยู่ในแต่ละเซลล์สืบพันธุ์เพียงตัวเดียว ดังนั้นภายในเซลล์สืบพันธุ์จะไม่มียีนที่เป็นคู่เลย เมื่อเกิดการปฏิสนธิเป็นไซโกตจึงมารวมกันอีกครั้ง

2. กฎแห่งการรวมกลุ่มอย่างอิสระ (Law of independent assortment) ยีนของแต่ละลักษณะที่แยกไปอยู่ในแต่ละเซลล์สืบพันธุ์สามารถจะไปจับคู่รวมกลุ่มกับยีนอื่นใดก็ได้อย่างอิสระในระหว่างการปฏิสนธิ

3. กฎของลักษณะเด่น (Law of dominance) เมื่อยีนลักษณะเด่นจับคู่กับยีนลักษณะด้อย (พันธุ์ทาง) ลักษณะที่ปรากฏจะเป็นลักษณะเด่น ส่วนลักษณะด้อยจะถูกข่มการแสดงออกเอาไว้ แต่มันไม่ได้หายไปไหน เมื่อใดที่ยีนลักษณะด้อยจับคู่กับยีนลักษณะด้อยด้วยกันเอง (พันธุ์แท้) ก็จะปรากฏลักษณะด้อยนั้นออกมา

gregor-mendel-6

ด้วยกฎการถ่ายทอดพันธุกรรมของเมนเดลเราสามารถคำนวณหาอัตราส่วนของลักษณะทางพันธุกรรมที่ปรากฏจากการผสมข้ามพันธุ์ในแต่ละรุ่นได้โดยใช้หลักความน่าจะเป็นทางคณิตศาสตร์

 
ผลงานยิ่งใหญ่ถูกละเลยกว่า 35 ปี

gregor-mendel-7

เมนเดลเสนอผลการทดลองครั้งสำคัญและสิ่งที่เขาค้นพบในผลงานชื่อ Experiments on Plant Hybridization ต่อที่ประชุมสมาคมธรรมชาติวิทยาของเมือง Brünn สองครั้งในปี 1865 แต่ไม่ค่อยได้รับความสนใจจากนักวิทยาศาสตร์ ทางสมาคมได้นำผลงานของเมนเดลตีพิมพ์ลงในหนังสือชื่อ Proceedings of the Nature History Society of Brunn ในปีต่อมา แต่มันกลับถูกมองว่าเป็นเรื่องเกี่ยวกับการผสมพันธุ์มากกว่าการถ่ายทอดทางพันธุกรรมและแทบไม่มีคนสนใจ ถือว่าการทำงานอย่างหนักตลอด 8 ปีแทบจะล้มเหลวโดยสิ้นเชิง

แต่เมนเดลยังคงสนใจทำงานด้านวิทยาศาสตร์ต่อไป เขาพยายามทดลองผสมข้ามพันธุ์ต้นฮอกวีดและผึ้งรวมทั้งบันทึกข้อมูลทางอุตุนิยมวิทยาและดาราศาสตร์ ปี 1868 เมนเดลได้รับเลือกเป็นเจ้าอาวาสซึ่งต้องรับผิดชอบด้านการบริหารและโดยเฉพาะอย่างยิ่งเขาได้ต่อสู้กับรัฐบาลที่พยายามเก็บภาษีพิเศษกับสถาบันศาสนาอย่างยาวนาน ทำให้งานทางด้านวิทยาศาสตร์ของเขาจึงต้องสิ้นสุดลงโดยปริยาย เมนเดลเสียชีวิตในปี 1884 มีอายุ 61 ปี

 
บิดาแห่งพันธุศาสตร์สมัยใหม่

gregor-mendel-8

ปี 1900 หลังจากที่เมนเดลเสียชีวิตไป 16 ปีหรือ 35 ปีหลังจากที่เขาเสนอผลงานเรื่องการถ่ายทอดทางพันธุกรรม มีนักวิทยาศาสตร์ 3 คนจาก 3 ชาติ ได้แก่ Hugo de Vries ชาวดัตช์, Carl Correns ชาวเยอรมัน และ Erich von Tschermak ชาวออสเตรียได้ทำการทดลองคล้ายกับของเมนเดลอย่างอิสระไม่เกี่ยวข้องกัน และได้ผลสรุปเหมือนกับของเมนเดล ทำให้ผลงานและกฎของเมนเดลเป็นที่ยอมรับและรู้จักในวงกว้าง มีการนำไปใช้ประโยชน์อย่างกว้างขวาง และต่อมาในราวช่วงทศวรรษ 1940 มีการรวมกฎการถ่ายทอดทางพันธุกรรมของเมนเดลกับทฤษฎีการคัดเลือกโดยธรรมชาติของดาร์วินเข้าด้วยกันส่งผลให้เกิดการสังเคราะห์วิวัฒนาการทางชีววิทยาสมัยใหม่ ด้วยผลงานยิ่งใหญ่ในการค้นพบกฎการถ่ายทอดลักษณะทางพันธุกรรมเมนเดลจึงได้รับการยกย่องเป็น “บิดาแห่งพันธุศาสตร์สมัยใหม่”

gregor-mendel-9

 

ข้อมูลและภาพจาก   wikipedia, nature, sciencelearn.org

Leave a Reply

Your email address will not be published.