Κληρονομικότητα 🧬

Καθώς ένας οργανισμός αναπτύσσεται, αποκτά μια μεγάλη ποικιλία χαρακτηριστικών. Άλλα από αυτά τα έχει πάρει από τους γονείς του και άλλα οφείλονται στις επιδράσεις του περιβάλλοντος. Αν, για παράδειγμα, μπορείς να αναδιπλώνεις τη γλώσσα σου, αυτό είναι ένα κληρονομικό χαρακτηριστικό. Αν όμως μπορείς να μιλάς τρεις ξένες γλώσσες, αυτό οφείλεται σε εκπαίδευση και μελέτη· είναι δηλαδή ένα επίκτητο χαρακτηριστικό. Η μεταβίβαση των γενετικών χαρακτηριστικών από τους γονείς στους απογόνους ονομάζεται κληρονομικότητα.

Γονίδια, αλληλόμορφα, γονότυπος και φαινότυπος

Τα χαρακτηριστικά μας καθορίζονται από γονίδια που βρίσκονται πάνω στα ομόλογα χρωμοσώματα. Το ένα χρωμόσωμα κάθε ζεύγους το έχουμε πάρει από τον πατέρα μας και το άλλο από τη μητέρα μας. Αυτό σημαίνει ότι για κάθε χαρακτηριστικό μας έχουμε κληρονομήσει ένα αλληλόμορφο από τον πατέρα μας και ένα από τη μητέρα μας.

Το σύνολο των αλληλομόρφων που βρίσκονται σε κάθε κύτταρο ενός οργανισμού αποτελεί τον γονότυπο του οργανισμού, ενώ το σύνολο των χαρακτηριστικών του —μορφολογικών, ανατομικών, φυσιολογικών κ.τ.λ.— αποτελεί τον φαινότυπό του.

Πώς κληρονομείται ένα χαρακτηριστικό: το χρώμα των ματιών

Ας εξετάσουμε πώς κληρονομείται ένα χαρακτηριστικό, για παράδειγμα το χρώμα των ματιών. Αν συμβολίσουμε με Μ το επικρατές αλληλόμορφο για τα καστανά μάτια και με μ το υπολειπόμενο αλληλόμορφο για τα γαλανά μάτια, μπορούμε να εξετάσουμε δύο περιπτώσεις διασταύρωσης.

Ομόζυγοι γονείς με διαφορετικό χρώμα ματιών

Τι θα συμβεί αν η μητέρα έχει γαλανά μάτια και ο πατέρας καστανά, και είναι και οι δύο ομόζυγοι γι' αυτό το χαρακτηριστικό; Η μητέρα έχει γονότυπο μμ και ο πατέρας γονότυπο ΜΜ. Κάθε γονέας δίνει στο παιδί ένα μόνο αλληλόμορφο, οπότε ο μοναδικός δυνατός συνδυασμός είναι:

Όλα τα παιδιά θα είναι ετερόζυγα (γονότυπος Μμ) και θα έχουν καστανά μάτια, αφού το Μ είναι επικρατές.

Ετερόζυγοι γονείς με το ίδιο χρώμα ματιών

Τι θα συμβεί αν η μητέρα και ο πατέρας είναι και οι δύο ετερόζυγοι (Μμ) για το καστανό χρώμα ματιών; Κάθε γονέας μπορεί να δώσει είτε το Μ είτε το μ, οπότε προκύπτουν τέσσερις πιθανοί συνδυασμοί:

Το παιδί με γονότυπο ΜΜ θα έχει καστανά μάτια, τα παιδιά με γονότυπο Μμ ή μΜ θα έχουν επίσης καστανά μάτια, και το παιδί με γονότυπο μμ θα έχει γαλανά μάτια. Συνεπώς η πιθανότητα να γεννηθεί παιδί με γαλανά μάτια είναι 25% (1/4), ενώ με καστανά μάτια 75% (3/4), και αυτή η αναλογία θα ισχύει κάθε φορά που θα δημιουργείται ένα νέο ζυγωτό.

Οι νόμοι του Μέντελ

Τον τρόπο με τον οποίο κληρονομούνται τα χαρακτηριστικά των οργανισμών μελέτησε εκτεταμένα ο Μέντελ (G. Mendel). Ο Μέντελ χρησιμοποίησε για τα πειράματά του το μοσχομπίζελο, όμως οι νόμοι στους οποίους κατέληξε ισχύουν για όλους τους διπλοειδείς οργανισμούς. Οι νόμοι αυτοί αναφέρουν:

1. Νόμος της ομοιομορφίας: Τα άτομα που προέρχονται από διασταύρωση ομόζυγων γονέων οι οποίοι διαφέρουν σε ένα ή περισσότερα χαρακτηριστικά είναι ομοιόμορφα μεταξύ τους ως προς τα χαρακτηριστικά αυτά.
2. Νόμος του διαχωρισμού των αλληλομόρφων: Όταν διασταυρώνουμε ετερόζυγα άτομα, επανεμφανίζονται στους απογόνους τους τα χαρακτηριστικά των γονέων τους με καθορισμένη αναλογία.

Το πρώτο παράδειγμα παραπάνω (γαλανομάτα × καστανομάτας, και οι δύο ομόζυγοι) δείχνει τον νόμο της ομοιομορφίας: όλα τα παιδιά βγήκαν ίδια μεταξύ τους. Το δεύτερο παράδειγμα (δύο ετερόζυγοι γονείς) δείχνει τον νόμο του διαχωρισμού των αλληλομόρφων: τα χαρακτηριστικά και των δύο παππούδων —τόσο τα καστανά όσο και τα γαλανά μάτια— ξαναεμφανίστηκαν στους απογόνους, με σταθερή αναλογία 3 προς 1.

Ο Μέντελ και τα μοσχομπίζελα

Ο Αυστριακός Γκρέγκορ Γιόχαν Μέντελ (Gregor Johann Mendel, 1822-1884) ήταν καλόγερος και πειραματίστηκε με φυτά μοσχομπίζελου. Κατόρθωσε να επιτύχει την επιλεκτική αυτογονιμοποίηση των φυτών καλύπτοντάς τα, ώστε να μη γονιμοποιηθούν από έντομα. Στη συνέχεια συνέλεξε τους σπόρους από κάθε αυτογονιμοποίηση και, αφού τους φύτεψε χωριστά, μελέτησε τη νέα γενιά φυτών.

Κάθε φορά μελετούσε μία ή δύο ιδιότητες του φυτού (π.χ. χρώμα λουλουδιών, σχήμα καρπού), έπαιρνε μεγάλο αριθμό απογόνων και έβγαζε στατιστικά αποτελέσματα. Ο Μέντελ δημοσίευσε για πρώτη φορά τα αποτελέσματα των ερευνών του το 1865, θεμελιώνοντας έτσι την επιστήμη της γενετικής.