Jak nieporozumienia naukowe ukształtowały stulecie badań genetycznych

Kwestionowane dziedzictwo: bitwa o Mendla i przyszłość biologii Grzegorz Radek Uniwersytet. Chicagowska prasa (2023)

W latach 1856-1863 austriacki mnich Gregor Mendel przeprowadził serię pionierskich eksperymentów z hodowlą roślin. użyj groszku (Pisum sativum), pokazują, że cechy, takie jak kolor nasion i wysokość roślin, są przekazywane następnemu pokoleniu w stosunku 3: 1 — na przykład trzy rośliny z żółtym groszkiem na roślinę z zielonym groszkiem. Mendel zasugerował, że źródłem tego wzoru były nieznane cząstki, które nazwał czynnikami. Rodzaj czynnika odziedziczonego przez każde potomstwo określa, czy będzie ono miało „dominującą” cechę większości, czy „recesywną” cechę mniejszości. Monk zmarł, zanim ukuto termin gen, ale jego teorie stały się znane jako genetyka mendlowska.

W sporny spadek, historyk nauki Gregory Radek, oferuje naukową, szczegółową i wnikliwą analizę tego, dlaczego pomimo odważnych prób zasugerowania alternatyw, genetyka mendlowska zdominowała nasze podejście do zrozumienia dziedziczności. Odpowiedź leży w zaciekłej rywalizacji między dwoma naukowcami na początku tej dziedziny.

Radek dzieli swoją analizę na trzy części zatytułowane Przed, Bitwa i Po. W pierwszej części zebrano wątki badań z połowy do końca XIX wieku, które analizowały dziedziczność przy użyciu kilku podejść, od eksperymentów hodowlanych po analizy statystyczne zmienności cech. Te porównania pokazują, jak rozbieżne było myślenie o ewolucji i genetyce w tamtym czasie.

Dwie przeciwstawne opinie

Odkrycia Mendla przyciągnęły uwagę po tym, jak zostały powtórzone przez trzech botaników w 1900 r. Wielu biologów skupiło się na nowo zaproponowanym czynniku, który nazwał genem w 1909 r. Niektórzy argumentowali, że pomysły Mendla dotyczące dziedziczenia tych cząstek mogą wyjaśniać, w jaki sposób każda cecha jest przekazywana z pokolenia na pokolenie. Ale inni nie byli zadowoleni. Mendlowski sposób myślenia nie pozostawiał miejsca na wpływ środowiska, dobór naturalny i inne czynniki związane z dziedzicznością.

Radek przedstawia wynikającą z tego kontrowersję jako bitwę o naturę dziedziczenia – i podstawę wszystkich przyszłych badań biologii. Obie strony były prowadzone przez angielskich zoologów Williama Batsona z University of Cambridge i Raphaela Weldona z University of Oxford. Przyjaciele jako studenci, rozdzieleni przez rywalizację. Bateson był wpływowym orędownikiem genetyki mendlowskiej. Ale Weldon postrzegał zmienność cech jako spektrum – tak, na które wpływają geny, ale także ewolucja, środowisko i historia przodków każdego gatunku.

Radek opisuje, jak ci dwaj mężczyźni i ich zwolennicy zaciekle bronili swoich stanowisk w publicznych debatach i wieczorkach, na łamach czasopism i w obszernej korespondencji. Interakcje były często zjadliwe. Kiedy Bateson został wybrany do komitetu Royal Society of London, wykorzystał swoje wpływy do zmiany zasad, aby zapobiec publikowaniu badań Weldona i innych członków komitetu w jego czasopismach. Weldon, rozwścieczony tym, co uważał za celową próbę uciszenia postępu naukowego, stworzył niezależną publikację, biometriaZe swoimi zwolennikami – eugenikiem Francisem Galtonem i jego uczniem Karlem Pearsonem. Z kolei Bateson poświęcił prawie połowę swojej książki z 1902 r. Mendlowskie zasady dziedzicznościbezpośrednio zaatakować badania Weldona.

Debata na temat kolorów sierści u szczurów toczy się w wielu wersjach Natura od 1902 r. Ubarwienie niektórych myszy nie było zgodne z tradycyjnymi wzorami mendlowskimi – potomstwo miało raczej plamistą sierść niż odziedziczyło jednolicie ubarwione futro po rodzicach. Spór był kontynuowany na spotkaniu Towarzystwa Zoologicznego w Londynie, przed którym Weldon napisał do zwolennika: „Wszyscy weźmiemy nasze największe i najostrzejsze noże do rzeźbienia i zmierzymy się z awanturą”.

Radek maluje obraz Batesona i jego zwolenników, używając coraz bardziej torturowanej logiki do obrony praw Mendla, ponieważ dane empiryczne w coraz większym stopniu sugerowały bardziej złożoną rzeczywistość, która obejmowała również wpływy środowiskowe i inne. Walka toczyła się po śmierci Weldona w 1906 roku – pozostawiając jego książkę, teoria dziedziczeniaI Niepublikowane.

Długotrwałe dziedzictwo

W końcowej części swojej książki Radek rozszerza rozważania na lata 40. XX wieku. W tym czasie biolodzy zajęli się szerszymi badaniami wielu procesów wpływających na dziedziczność, takich jak rola różnych wersji tego samego genu – znanych jako allele – oraz wpływ genów na poziom populacji. Jednak żaden pojedynczy mechanizm dziedziczności nie był wystarczający, aby zastąpić geny mendlowskie.

Radick zawiera również obszerną analizę tego, jaka mogła być historia genetyki teoria dziedziczenia został opublikowany. Wykorzystuje podejście znane jako kontrhistoria, które pyta: „Co jeśli?” Większość historyków biologii potępia to podejście, ale niektórzy stosowali je już wcześniej. Na przykład w swojej książce z 1989 r Wspaniałe życieStephen J. Gould sugeruje, że przewijanie i ponowne uruchamianie paska życia może prowadzić do innego wyniku. oraz książkę Petera Bowlera z 2013 roku Darwin pominięty Twierdzi, że nikt inny nie mógłby stworzyć teorii ewolucji tak, jak zrobił to Karol Darwin.

Społeczeństwo, które zmieniło Cambridge w potęgę naukową

Radek wykorzystuje kontrhistorię do przeprowadzenia eksperymentu. Przedstawia wprowadzający program zajęć z biologii, który nie zaczyna się i nie kończy na genetyce mendlowskiej, ale skupia się na kontekstach rozwojowych. Studenci, którzy wzięli udział w tych zajęciach – Radick przeprowadził eksperyment na Uniwersytecie w Leeds w Wielkiej Brytanii – wyszli z biologii mniej skoncentrowanym na genach i bardziej dociekliwym niż ci, którzy wzięli udział w kursie bardziej skoncentrowanym na mendlu (A. jamison i c. Radek Nauki. Edukacja. 26, 1261-1290; 2017).

Program nauczania jest imponujący, a doświadczenie wspaniałe. Jedno zastrzeżenie jest takie, że od śmierci Weldona wielu biologów szukało alternatyw dla genetyki mendlowskiej. Koncentrując się na Weldonie i jego nieopublikowanej książce, Radek redukuje te prawdziwe historie na korzyść tego, co mogło się wydarzyć.

Weźmy Conrada Waddingtona, który w 1942 roku zasugerował, że cechy mogą się zmienić przed genami. Dzieje się tak na przykład u muszek owocowych (muszka owocowa(pod wpływem eteru rozwija się druga klatka piersiowa, wraz ze skrzydłami, ponieważ część brzuszna powinna być pozbawiona skrzydeł)CH Waddington rozwój 10, 1-13; 1956). Selektywna hodowla tych much skutkuje potomstwem, które rozwija dwuczęściowe, uskrzydlone ciało bez dalszej ekspozycji na eter. Waddington nazwał to zjawisko „epigenetycznym” – epigenetycznym, co oznacza „powyżej genu”. To, że pomysł ten był odrzucany przez dziesięciolecia, jest dowodem silnego trzymania się mendlowskiego dziedzictwa.

Obecnie wiemy, że dziedziczenie epigenetyczne występuje w wyniku zmian, które wpływają na ekspresję genów bez zmiany sekwencji DNA, takich jak dodanie odziedziczonych „znaczników” molekularnych do białek histonowych, wokół których owinięty jest DNA. Objawy te mogą być spowodowane zmianami środowiskowymi, co prowadzi nas z powrotem do Weldona i jego skupienia się na środowisku.

Odkrycie dziedziczenia epigenetycznego ujawnia dokładniejszą teorię dziedziczności, niż przyznał Bateson. Opisując, w jaki sposób dyskusje uczonych ukształtowały dziedzinę genetyki, sporny spadek Stanowi podstawę do zrozumienia pracy, która w ciągu ostatniego stulecia doprowadziła do bogatszego zrozumienia dziedziczności, niż mogłaby zaoferować genetyka mendlowska.