"ลักษณะทางพันธุกรรมที่ส่งผ่านจากพ่อแม่ไปยังลูกนั้นมีกระบวนการอย่างไร และลักษณะทุกลักษณะที่ส่งไปยังลูก ส่งไปทุกลักษณะหรือไม่ และใครเป็นคนเพื่อให้ได้มาซึ่งความรู้เกี่ยวกับการถ่ายทอดลักษณะทางพันธุกรรมจากพ่อ แม่ ไปสู่ลูก"
ในอดีตมนุษย์รู้จักแต่เพียงว่าลักษณะต่าง ๆ ของสิ่งมีชีวิตสามารถถ่ายทอดไปสู่ลูกหลานได้ แต่ขาดความรู้พื้นฐานทางวิทยาศาสตร์มาสนับสนุน จนกระทั่ง เกรเกอร์ โยฮัน เมนเดล (Gregor Johann Mendel) ได้ทดลองผสมพันธุ์พืช ซึ่งนำไปสู่การค้นพบกฎการถ่ายทอดลักษณะทางพันธุกรรม เมนเดลมีวิธีการอย่างไร จึงทำให้เขาค้นพบหลักการถ่ายทอดลักษณะทางพันธุกรรม
รายละเอียดเกี่ยวกับเกรเกอร์ โยฮัน เมนเดล
Gregor Johann Mendel
BornJuly 20, 1822(1822-07-20)
Hynčice, Austrian EmpireDiedJanuary 6, 1884 (aged 61)Brno, Austria-Hungary
FieldsGeneticsInstitutionsAbbey of St. Thomas in BrnoAlma materUniversity of ViennaKnown forDiscovering geneticsReligious stanceRoman Catholic
ศึกษาเพิ่มเติม
1. Basic Principle of Genetics
2. Mendel Experiment
3. Activity Mendel Experiment
4. Mendelian Genetics
5. Interactive Game
ในปี ค.ศ.1900 หรือเมื่อประมาณ 16 ปี หลังจากที่เมนเดลได้สิ้นชีวิตลง มีนักวิทยาศาสตร์ 3 ท่านคือ ฮิวโก เดอฟรีส์ , คาร์ล คอร์เรนส์และ อีริค ฟอน เชอร์มาค ได้ค้นพบผลงานของเมนเดลที่ได้เสนอต่อสมาคมตั้งแต่ปี ค.ศ.1865 และนักวิทยาศาสตร์ทั้งสามท่านนี้ต่างก็ได้ทดลองเพื่อพิสูจน์กฎของเมนเดลผลการทดลองสอดคล้องกับเมนเดล ทุกประการ ไม่มีผู้ใดสามารถคัดค้านกฎของเมนเดลได้ และกฎของเมนเดลสามารถใช้ได้กับทั้งพืชและสัตว์จนกระทั่งในปัจจุบันนี้
ภาพที่ 1 แผนภาพแสดงการทดลองของเมนเดล
การทดลองของเมนเดล"มีเหตุผลอะไรบ้างที่เมนเดลเลือกถั่วลันเตาเป็นพืชทดลอง"
เหตุผลที่ทำให้การทดลองของเมนเดลประสบผลสำเร็จ จนตั้งเป็นกฎเกี่ยวกับการถ่ายทอดลักษณะทางพันธุกรรมจากพ่อแม่มายัง ลูกหลานในชั่วต่อ ๆ มาได้เนื่องจากสาเหตุสำคัญสองประการคือ
ประการแรก เมนเดลรู้จักเลือกชนิดของพืชมาทำการทดลอง พืชที่เมนเดลใช้ในการทดลอง คือ ถั่วลันเตา ( Pisum sativum ) ซึ่งมีข้อดีในการศึกษาด้านพันธุศาสตร์หลายประการ เช่น
1. เป็นพืชที่ผสมตัวเอง (self- fertilized) ซึ่งสามารถสร้างพันธุ์แท้ได้ง่าย หรือจะทำการผสมข้ามพันธุ์ (cross-fertilized) เพื่อสร้างลูกผสมก็ทำได้ง่ายโดยวิธีผสมโดยใช้มือช่วย (hand pollination)
2. เป็นพืชที่ปลูกง่าย ไม่ต้องทำนุบำรุงรักษามากนัก ใช้เวลาปลูกตั้งแต่ปลูก จนถึงเก็บเกี่ยวภายในหนึ่งฤดูปลูก ( growing season ) หรือประมาณ 3 เดือน เท่านั้น และยังให้เมล็ดในปริมาณที่มากด้วย
3. เป็นพืชที่ มีลักษณะทางพันธุกรรม ที่แตกต่างกันชัดเจนหลายลักษณะ ซึ่งในการทดลองดังกล่าว เมนเดลได้นำมาใช้ 7 ลักษณะด้วยกัน
ภาพที่ 2 ลักษณะโครงสร้างของถั่วลันเตา
ประการที่สอง เมนเดลรู้จักวางแผนการทดลอง โดย
1. เลือกศึกษาการถ่ายทอดลักษณะของถั่วลันเตาแต่ละลักษณะก่อน เมื่อเข้าใจหลักการถ่ายทอดลักษณะนั้น ๆ แล้ว เขาจึงได้ศึกษาการถ่ายทอดสองลักษณะไปพร้อม ๆ กัน
2. ในการผสมพันธุ์จะใช้พ่อแม่ พันธุ์แท้ ( pure line ) ในลักษณะที่ตรงกันข้ามกัน มาทำการผสมข้ามพันธุ์เพื่อสร้างลูกผสมโดยใช้มือช่วย ( hand pollination )
3. ลูกผสมจากข้อ 2 เรียกว่าลูกผสมชั่วที่ 1 หรือ F1 ( first filial generation) นำลูกผสมที่ได้มาปลูกดูลักษณะที่เกิดขึ้นว่าเป็นอย่างไร บันทึกลักษณะและจำนวนที่พบ
4. ปล่อยให้ลูกผสมชั่วที่ 1 ผสมกันเอง ลูกที่ได้เรียกว่า ลูกผสมชั่วที่ 2 หรือ F2 ( second filial generation) นำลูกชั่วที่ 2 มาปลูกดูลักษณะต่าง ๆ ที่เกิดขึ้นว่าเป็นอย่างไร บันทึกลักษณะและจำนวนที่พบ
ภาพที่ 3 ผลการทดลองของเมนเดล
ภาพที่ 4 ลักษณะถั่วลันเตาที่เมนเดลศึกษา
แผนการการทดลองของเมนเดล
รุ่นพ่อแม่
พันธุ์แท้ (เมล็ดกลม) x พันธุ์แท้ (เมล็ดย่น)
ลูกรุ่น F1
ปลูก-บันทึกจำนวนและลักษณะที่ศึกษาทุกต้น
ลูกชั่วที่ 1 ผสมตัวเอง
F1 x F1
ลุกรุ่น F2
ปลูก-บันทึกจำนวนและลักษณะที่ศึกษาทุกต้น
เมนเดลได้ทำการทดลอง สร้างลูกผสมที่มีความแตกต่างกันทั้ง 7 ลักษณะสรุปได้ดังนี้
1. ลูกที่เกิดจากการผสมตรง (crossing) และการผสมแบบสลับพ่อแม่ ( reciprocal cross) จะมีลักษณะเหมือนกัน
2. ลูกผสม F1 ทุกต้นจะมีลักษณะเพียงลักษณะเดียวเท่านั้น ( ไม่เหมือนพ่อก็เหมือนแม่ ) เมนเดลเรียกลักษณะที่ปรากฏในลูกรุ่นที่ 1 นี้ว่าลักษณะเด่น
3. ลูกผสม F2 จะมีลักษณะที่ไม่ปรากฏในลูก F1 แสดงออกมาให้เห็นด้วย และเมนเดลเรียกลักษณะที่ไม่ปรากฏในรุ่น F1 แต่ปรากฏในรุ่น F2 นี้ว่าลักษณะด้อย ซึ่งลักษณะดังกล่าวจะมีอยู่ประมาณ 1 ใน 4 ของลูกทั้งหมด
ตารางที่ 16.1 แสดงผลการทดลองของเมนเดล
ลักษณะ
รุ่นพ่อแม่ (P)
ลักษณะของ F1
ลักษณะของรุ่น F2
อัตราส่วนของ F2
ความสูงของลำต้นสูง
เตี้ย
สูงทั้งหมด
สูง 787
เตี้ย 277
2.84 : 1
รูปร่างของฝักอวบ
แฟบ
อวบทั้งหมด
อวบ 882
แฟบ 299
2.95 : 1
รูปร่างของเมล็ดกลม
ขรุขระ
กลมทั้งหมด
กลม 5,474
ขรุขระ 1,850
2.96 : 1
สีของเมล็ดเหลือง
เขียว
เหลืองทั้งหมด
เหลือง 6,022
เขียว 2,001
3.01 : 1
ตำแหน่งของดอกดอกที่กิ่ง
ดอกที่ยอด
ดอกที่กิ่งทั้งหมด
ดอกที่กิ่ง 651
ดอกที่ยอด 207
3.14 : 1
สีของดอกม่วง
ขาว
ม่วงทั้งหมด
ม่วง 705
ขาว 224
3.15 : 1
สีของฝักเขียว
เหลือง
เขียวทั้งหมด
เขียว 428
เหลือง 152
2.82 : 1
ประเด็นในการพิจารณา เช่น
รุ่นพ่อแม่
เมล็ดกลม
X
เมล็ดย่น
F 1
เมล็ดกลมทุกต้น
F 1 X F 1
เมล็ดกลม
X
เมล็ดกลม
F 2
เมล็ดกลม
:
เมล็ดย่น
จำนวน
5474
:
1850
เฉลี่ยคิดเป็นอัตราส่วน
3
:
1
จากผลการทดลองนี้ ทำให้เมนเดลสงสัยว่า1. ลักษณะที่ปรากฏในรุ่นพ่อ-แม่ บางลักษณะจะไม่ปรากฏในรุ่น F1 แต่จะกลับมาปรากฏอีกครั้งในรุ่น F2 มันเป็นไปได้อย่างไร
2. แสดงว่าลูก F1 ที่มีลักษณะเพียงลักษณะเดียว ย่อมจะไม่ใช่พันธุ์แท้ เหมือนรุ่นพ่อแม่ เพราะลูก F1 จะได้รับสเปอร์ม และ ไข่ ซึ่งมีแฟกเตอร์( factor )ที่ต่างกัน
สรุปผลการทดลองของเมนเดล
"ลักษณะต่าง ๆ ของถั่วลันเตาจะต้องมีหน่วยควบคุม เมนเดลเรียกหน่วยควบคุมนี้ว่า แฟกเตอร์ (factor) ซึ่งอยู่เป็นคู่และถ่ายทอดจากพ่อแม่ไปสู่ลูก เช่น ลักษณะฝักสีเขียวจะมีแฟกเตอร์ควบคุมลักษณะฝักสีเขียว 2 แฟกเตอร์ และลักษณะฝักสีเหลืองมีแฟกเตอร์ควบคุม 2 แฟกเตอร์ รุ่น F1 แม้ว่าจะมีลักษณะของฝักสีเขียวและแฟกเตอร์ควบคุมลักษณะฝักสีเหลือง แต่จะมีแฟกเตอร์ใดแฟกเตอร์หนึ่้งปรากฎออกมา ลักษณะที่แสดงออกในรุ่น F1 จะเป็นลักษณะเด่น (dominant trait) เช่น ลักษณะฝักสีเขียว และลักษณะที่ไม่แสดงออกในรุ่น F1 แต่แสดงออกในรุ่น F2 เป็นลักษณะด้อย (recessive trait) เช่นลักษณะฝักสีเหลือง" ต่อมาในปี ค.ศ 1911 โจแฮนเซน( Johansen ) ได้เปลี่ยนจากคำว่า “ แฟคเตอร์ ” เป็นคำว่า ” ยีน ” ( gene ) แทน