Wielcy naukowcy-amatorzy. Jak pasjonaci dokonywali genialnych odkryć i wynalazków - ebook

WSTĘP

Znaczenie słowa „amator” zmienia się w zależności od kontekstu. Na przykład w sporcie określa się tak osobę, która czerpie satysfakcję z samego współzawodnictwa, nie dbając o pieniądze. Kiedyś, w latach między igrzyskami olimpijskimi, łyżwiarzom figurowym nie wolno było brać udziału w płatnych zawodach lub pokazach, jednak w latach 80. i 90. zniesiono ten zakaz. Z kolei aktorzy dzielą się na amatorów i zawodowców według kryterium przynależności do związku zawodowego, która jest warunkiem zawarcia umowy o pracę. Amator może się jednak utrzymywać z występów w letnich teatrach i klubach, których nie obowiązują umowy związkowe. Natomiast w świecie nauki za amatorów uważa się osoby, które nie zdobyły odpowiedniego wykształcenia akademickiego w danej dziedzinie. Środowisko naukowców uważa za amatora każdego, kto nie ma możliwie wysokiego stopnia naukowego.

W dzisiejszych czasach można kogoś uznać za amatora w danej dziedzinie naukowej, nawet jeśli ma on Nagrodę Nobla w innej kategorii. Mam tu na myśli Luisa Alvareza, który w 1968 roku otrzymał Nagrodę Nobla za badania nad cząstkami elementarnymi. Dziesięć lat później we współpracy z synem Walterem przedstawił on teorię głoszącą, iż dinozaury zginęły w wyniku zderzenia się z Ziemią potężnej asteroidy. Początkowo wielu naukowców nie potraktowało tej tezy poważnie, a fakt, że Luis Alvarez podjął się badań w dziedzinie niezgodnej ze swoim wykształceniem, pogłębiał ich sceptycyzm. Ostatecznie teoria została potwierdzona naukowo: stwierdzono wysoką zawartość irydu w warstwach osadów geologicznych pochodzących sprzed 65 000 000 lat, czyli z okresu, w którym przypuszczalnie nastąpiło zderzenie, oraz odkryto ogromny krater na półwyspie Jukatan.

Mimo że Alvarez wywołał irytację geologów i astronomów, wkraczając na ich podwórko, nie można uznać go za naukowca-amatora w perspektywie przyjętej w tej książce. Spotkamy się jeszcze z Alvarezem w dość zaskakujących okolicznościach opisanych w rozdziale, którego głównym bohaterem będzie Arthur C. Clarke, obecnie jeden z najsłynniejszych pisarzy science fiction, a niegdyś młody człowiek bez wyższego wykształcenia, służący w oddziale radarowym Królewskich Sił Powietrznych (RAF). W 1945 roku Clarke sporządził krótki referat, opierając się na samodzielnie zdobytej wiedzy. Koncepcje zawarte w tej pracy, wówczas zignorowane, stały się podstawą rewolucyjnych zmian w telekomunikacji. Co prawda po wojnie Clarke skończył studia, ale gdy pisał referat, był bezsprzecznie kompletnym amatorem. Dlatego właśnie jego praca została uznana za „fantastykę naukową” przez kilku specjalistów, którzy ją wówczas przeczytali.

Podobne lekceważenie spotykało innych niezwykłych ludzi będących bohaterami tej książki. Byli oni twórcami idei wyprzedzających swój czas, mimo że nie mieli odpowiednich „referencji”. W kilku przypadkach trudno nawet winić specjalistów, że nie docenili ich prac. Któż bowiem w latach 80. XIX wieku mógł się spodziewać, że nikomu nieznany zakonnik, który miał trudności ze zdaniem egzaminu na nauczyciela szkoły średniej, stworzy podstawy dyscypliny badawczej będącej jedną z najważniejszych gałęzi nauki w następnym stuleciu? A tego właśnie dokonał Gregor Mendel, który krzyżując kolejne pokolenia grochu w przyklasztornym ogrodzie, odkrył podstawowe zasady genetyki.

Dzisiaj o pracach Mendla uczą się uczniowie szkół średnich i studenci wydziałów biologii. Podobnie stało się z dokonaniami Michaela Faradaya, którego badania nad elektromagnetyzmem i elektrolizą miały doniosłe znaczenie dla wielu przełomowych odkryć naukowych. Tymczasem dramatyczne losy Faradaya, który zaczynał jako prosty londyński gazeciarz, by awansować na sam szczyt XIX-wiecznej brytyjskiej elity naukowej, znane są o wiele słabiej, niż na to zasługują. Inne osoby, z którymi spotkamy się na kartach tej książki, wciąż pozostają nieznane szerszej publiczności. Na przykład Henrietta Swan Leavitt, jedna z „kalkulatorek” pracujących przy sortowaniu szklanych płyt z fotografiami nieba w obserwatorium astronomicznym Uniwersytetu Harvarda na przełomie XIX i XX wieku, dokonała odkrycia dotyczącego cefeid. Dzięki temu odkryciu Edwin Hubble udowodnił tezę, że poza naszą Drogą Mleczną istnieje niezmierzona liczba innych galaktyk. Siedząc przy stole w zatłoczonym pokoju, Leavitt opracowała zatem wskazówki świadczące o nieskończoności wszechświata. Grote Reber badał kosmos ze swego podwórka w Wheaton w stanie Illinois, na którym w latach 30. zbudował pierwszy radioteleskop. Z kolei pochodzący z francuskojęzycznej części Kanady bakteriolog-samouk Felix d’Herelle w 1917 roku odkrył i nazwał bakteriofagi, zapoczątkowując kierunek dociekań naukowych, który doprowadził bezpośrednio do odkrycia struktury DNA.

Nazwisko Thomasa Jeffersona może zaskoczyć niektórych czytelników. Tymczasem miał on nie tylko ogromne wpływy polityczne oraz spore osiągnięcia w dziedzinie architektury, ale też był wybitnym naukowcem-amatorem. W czasie wolnym od obowiązków przeprowadził pierwsze naukowe wykopaliska archeologiczne, stosując metody, które obecnie są uznawane za standard w tej dziedzinie. Podobnie jak w przypadku Josepha Priestleya, zbuntowanego brytyjskiego duchownego, który odkrył tlen, ciekawość świata prowadziła Jeffersona w zupełnie nieoczekiwanych kierunkach. Zresztą wszyscy bohaterowie tej książki byli ogromnie dociekliwi. Co to za opary wydobywają się z pobliskiego browaru? Dlaczego w hodowanych kulturach bakterii wciąż pojawiają się puste miejsca? Jak to się dzieje, że sygnał telewizyjny dociera do wszystkich zakątków kuli ziemskiej? O czym świadczy promieniowanie docierające do Ziemi z przestrzeni kosmicznej? Ciekawość to cecha każdego naukowca-amatora. Oczywiście specjaliści także wykazywali się ciekawością, ale nauczono ich kierować ją w określony i uporządkowany sposób. Jak wskazuje historia nauki, ciekawość amatorów często się rozprasza, ale czasem prowadzi do rezultatów godnych podziwu nawet dla wybitnych specjalistów. Zdarza się też, że daje ona początek nowej dyscyplinie naukowej.

Słowo „naukowiec” powstało stosunkowo niedawno. Do końca XVIII stulecia ludzi zajmujących się naukami przyrodniczymi nazywano filozofami przyrody. Na początku XIX wieku większość naukowców stanowili w gruncie rzeczy amatorzy, choć niektórzy z nich byli lepiej wykształceni niż inni. W XX wieku poziom wielu dyscyplin naukowych stał się tak wysoki, że nie zostało wiele miejsca dla amatorów. Trudno oczekiwać, aby nową teorię z dziedziny mechaniki kwantowej stworzył ktoś, kto nie ma gruntownego specjalistycznego wykształcenia. Mimo to istnieją jeszcze obszary wiedzy, na których naukowcy-amatorzy mogą zabłysnąć. Poznacie dwa takie przypadki: Davida Levy’ego, słynnego łowcy komet, oraz Susan Hendrickson, niezwykle dociekliwej kobiety, która opanowała nieznaną sobie dyscyplinę naukową i odkryła najlepiej zachowany szkielet tyranozaura ze wszystkich dotychczas znalezionych. David Levy miał co prawda wyższe wykształcenie, ale nigdy nie studiował astronomii. Susan Hendrickson nawet nie była studentką. Amatorzy mogą więc wciąż odnosić niezwykłe sukcesy, choć żyjemy w stechnicyzowanym świecie, w którym niepodzielnie panuje wąska specjalizacja.1.
GREGOR JOHANN MENDEL
OJCIEC GENETYKI

Jest rok 1854. Na niewysokich wzgórzach koło Brna, największego miasta Moraw, stoi klasztor z ogrodem, dziedzińcem i budynkami, w których nawet w upalne lato panuje chłód. Zabudowania otacza gruby ceglany mur pobielony wapnem, tworzący rodzaj fortecy. Miała ona chronić pierwszych mieszkańców, mnichów cysterskich, którzy wznieśli swą rezydencję w 1322 roku. Cystersi wyprowadzili się w XVIII wieku, a opuszczony klasztor popadł w ruinę. W 1793 roku przejęli go augustianie, którzy zostali eksmitowani ze swej okazałej siedziby w centrum Brna, ponieważ cesarz Austro-Węgier Franciszek Józef przeznaczył tę perłę budownictwa na potrzeby własne i swego urzędu.

W 1854 roku opatem klasztoru św. Tomasza był już od kilku lat Cyril Napp. Augustianie mieli w Kościele katolickim opinię liberałów, a opat Napp wyróżniał się szczególnie nowoczesnymi poglądami. Pochodził z dobrze sytuowanej, miejscowej rodziny, miał więc dobre stosunki z liderami świeckiej społeczności Moraw. Okazało się to bardzo przydatne, gdy lokalny biskup sprzeciwił się kontynuowaniu badań naukowych w klasztorze. Od 1827 roku Napp był prezesem prestiżowego Cesarsko-Królewskiego Morawskiego Towarzystwa Doskonalenia Rolnictwa, Nauk Przyrodniczych i Wiedzy o Kraju (w skrócie Towarzystwa Rolniczego), założonego w 1807 roku. Cesarz Franciszek I zarządził, by należący do Towarzystwa mnisi od św. Tomasza i z innych lokalnych klasztorów nauczali religii i matematyki w miejskim Instytucie Filozoficznym. Opat darzył szczególnymi względami jednego spośród mnichów swego zakonu, pomimo – a może właśnie dlatego – że sprawiał on pewne problemy. Chodziło o Gregora Johanna Mendla, który w 1854 roku, z błogosławieństwem opata Nappa, rozpoczął eksperymenty z grochem siewnym. Doświadczenia te doprowadziły do jednego z najdonioślejszych odkryć XIX wieku, dając podstawy nauki zwanej dziś genetyką.

W biografii Gregora Johanna Mendla trudno znaleźć jakiekolwiek świadectwa jego niezwykłości. Można natknąć się na pewne osobliwości, jednak stanowią one raczej potwierdzenie jego wad niż zalet. Urodził się w roku 1822 jako jedyny chłopiec w rodzinie. Miał dwie siostry, starszą i młodszą. Dzieciństwo spędził w wiejskim gospodarstwie na Morawach, które wówczas znajdowały się pod panowaniem Austrii (Brno nosiło nazwę Brüun), a obecnie należą do Czech. Jego ojciec, Anton, bardzo ciężko pracował, a chłód i powściągliwość jeszcze wyraźniej uwidoczniały się w zachowaniu starszej siostry, Veroniki. Z kolei matka chłopca, Rosine, oraz młodsza siostra Theresia były zawsze radosne i pogodne. Johann (który imię Gregor przyjął dopiero po wstąpieniu do zakonu) podlegał sprzecznym wpływom ponurego ojca i przepełnionej radością życia matki. W każdej rodzinie, zarówno dawniej, jak i dziś, w zachowaniu dzieci ujawniają się rysy charakteru rodziców. W XXI wieku wiemy już, że do pewnego stopnia cechy osobowości i sposób myślenia są uwarunkowane genetycznie. Naukowe podstawy tego poglądu stworzył właśnie Gregor Mendel, choć jego dorobek ignorowano aż do jego śmierci i jeszcze 15 lat później.

Gregor był dzieckiem błyskotliwym i ambitnym. Mając kilkanaście lat, napisał wiersz na cześć wynalazcy druku, Johanna Gutenberga, w którego zakończeniu wyraził nadzieję, że i on dostąpi „doczesnej rozkoszy” na widok „swego dzieła, rozwijającego się w spokoju wśród tych, którzy przyjdą po mnie”. Jednak na drodze do tak ambitnych celów stało wiele przeszkód. Sytuacja materialna jego rodziny była nie najlepsza, co utrudniało mu zdobycie wyższego wykształcenia. W dodatku gnębiły go napady psychosomatycznej choroby, przykuwającej go do łóżka na całe tygodnie. Ojciec i starsza siostra reagowali na to zniecierpliwieniem, ale matka i młodsza siostra otaczały go troskliwą opieką. Theresia podzieliła się nawet z nim częścią skromnego majątku rodzinnego stanowiącą jej posag. Dzięki temu po ukończeniu gimnazjum Mendel mógł zapisać się do Instytutu Filozoficznego w Ołomuńcu na dwuletni kurs, obowiązujący wszystkich kandydatów na studia uniwersyteckie.

Poświęcenie siostry zostało wynagrodzone w późniejszych latach, gdy Mendel wspierał ją finansowo i to nie tylko w wychowywaniu trzech synów, spośród których dwaj, dzięki jego pomocy, zostali lekarzami. Jednak mimo długu zaciągniętego u siostry, wciąż miał za mało pieniędzy, by rozpocząć studia na uniwersytecie. Ani skromne stypendium, ani wpływy z korepetycji nie stanowiły źródła odpowiednich funduszy. Aby dalej się kształcić, miał tylko jedno wyjście: musiał zostać zakonnikiem.

Mendel miał szczęście, że w Instytucie Filozoficznym fizyki uczył go profesor Friedrich Franz, który sam był zakonnikiem i przyjaźnił się z opatem Nappem z klasztoru św. Tomasza. Chociaż Franz, świadom intelektualnych możliwości Mendla, zdobył się jedynie na powściągliwą rekomendację, Napp zgodził się go przyjąć. Mendel przybył do klasztoru św. Tomasza w 1843 roku, mając lat dwadzieścia. Studiował pięć lat, by zostać kapłanem, począwszy od nowicjatu, poprzez święcenia subdiakonatu, a następnie diakonat. Pokonywał kolejne stopnie wtajemniczenia szybciej, niż było to przyjęte, ponieważ w klasztorze brakowało księży. Jak wyjaśnia Robin Maranz Henig w książce The Monk in the Garden (Zakonnik w ogrodzie), kilku mnichów udzielających ostatniego namaszczenia pacjentom pobliskiego szpitala św. Anny zaraziło się śmiertelnymi chorobami. Mendel otrzymał święcenia kapłańskie 6 sierpnia 1847 roku, dwa tygodnie po swych dwudziestych piątych urodzinach. Po roku ukończył studia i wreszcie mógł podjąć się obowiązków duszpasterza. Wnet okazało się, że był zbyt niepewny siebie i nieśmiały, by dać sobie radę z parafianami. Wówczas znów uciekł w chorobę i zaległ w łożu, choć tak naprawdę nic mu nie było. Opat Napp zdecydował, że dla Mendla bardziej odpowiedni będzie zawód nauczyciela, dlatego miejscowy biskup, choć nie bez oporów, skierował go na stanowisko wykładowcy matematyki i greki do świeckiego gimnazjum w zabytkowym mieście Znojmo.

Rok pracy dydaktycznej był dla Mendla bardzo udany. Dyskomfort, jaki odczuwał wśród nieznanych mu ludzi, sprawiający, że obowiązki duszpasterza bardzo mu ciążyły, nie pojawiał się w kontaktach z młodzieżą. Zyskał też uznanie grona pedagogicznego, dlatego z nadzieją myślał o mianowaniu na dyplomowanego nauczyciela szkoły średniej. Jednak w 1850 roku oblał pisemne i ustne egzaminy i nie zdobył potrzebnych uprawnień. Biografowie Mendla długo szukali przyczyn tego niepowodzenia. Częściowym wyjaśnieniem problemu może być pewien rodzaj lęku przed publicznymi wystąpieniami, niewątpliwie mający związek z podatnością na choroby psychosomatyczne. Ponadto Mendel czasami nie odpowiadał na pytanie zgodnie z oczekiwaniami egzaminatora, ponieważ nie zgadzał się z ogólnie przyjętymi poglądami na jakiś temat. Okazało się też, że nastąpiło nieporozumienie podczas ustalania terminu sprawdzianu. Profesorowie, u których zdawał ustne egzaminy, musieli zrezygnować z zaplanowanego wyjazdu, co sprawiło, że nie byli zbyt przychylni. Gdy sześć lat później Mendel ponowił próbę, efekt były jeszcze gorsze. Wdał się w spór z egzaminatorem podczas udzielania odpowiedzi na jedno z pierwszych pytań i najzwyczajniej zrezygnował ze zdawania. Druga porażka była dla niego jeszcze bardziej dotkliwa, ponieważ w okresie dzielącym oba egzaminy przez dwa lata studiował na uniwersytecie w Wiedniu.

Przez pewien czas uczył w szkole podstawowej, a jego nieudane próby zdobycia wyższego wykształcenia składają się na typowy obraz naukowca-amatora. Jak zauważymy podczas lektury tej książki, naukowcy-amatorzy często mieli dość sporą wiedzę akademicką, jednak zwykle była ona fragmentaryczna, a czasem powierzchowna, i to zwłaszcza, o ironio, w dziedzinach, w których osiągali później największe sukcesy. Jeśli chodzi o Mendla, dziedziną, którą opanował najlepiej, była matematyka, dzięki czemu prowadził swe eksperymenty z grochem z niespotykaną wówczas matematyczną skrupulatnością. Poznał też nieco botanikę, jednak przedmiot ten sprawiał mu szczególne trudności. Ponieważ wychował się na wsi, postrzegał świat roślin dość specyficznie, dlatego nie mógł zaakceptować akademickiego podejścia do tego tematu. Gdy egzaminowany student odmawia podania odpowiedzi zgodnej z tym, czego go uczono, profesorowie bez wątpienia prędzej uznają go za głupca, niż dadzą się przekonać jego argumentom. Wybitni amatorzy zawsze mieli skłonność do przeciwstawiania się autorytetom, co zwykle przysparzało im wiele kłopotów.

Naukowcy-amatorzy to najczęściej wybitnie uzdolnione osoby bez stopnia naukowego ani stanowiska, które dawałoby im oparcie w chwili ogłaszania nieortodoksyjnych poglądów. Czasem nawet największe autorytety nie są w stanie obronić się przed atakami środowiska naukowego. Bez silnego poparcia nowe koncepcje bywają skazane na odrzucenie. Jest jednak druga strona medalu. Gdyby Gregor Mendel zdał egzaminy i został dyplomowanym nauczycielem, najprawdopodobniej nie miałby dość czasu, by poświęcić się badaniom, dzięki którym jego imię zyskało nieśmiertelną sławę.

Pomiędzy próbami uzyskania dyplomu nauczyciela Mendel przeprowadził swój pierwszy eksperyment dotyczący dziedziczności, stanowiący wstęp do jego późniejszych doświadczeń z grochem. Po uzyskaniu zgody na sprowadzenie do swej celi klatek z myszami, zaczął krzyżować dzikie polne myszy z urodzonymi w niewoli albinosami, by przekonać się, jakiego koloru będą przyszłe pokolenia. Wybiórcze krzyżowanie zwierząt i roślin było praktykowane od stuleci, również przez rolników, takich jak jego ojciec. Chociaż tą drogą udawało się wyhodować lepsze rasy zwierząt i bardziej wytrzymałe odmiany roślin uprawnych, nikt nie miał pojęcia, jakie są rzeczywiste przyczyny i mechanizmy tego procesu. Tego właśnie chciał się dowiedzieć Mendel. W dzisiejszych czasach Kościół katolicki docenia badania naukowe, wtedy jednak nie wszyscy jego dostojnicy byli do nich przychylnie nastawieni. Nie da się zaprzeczyć, że Kościół skompromitował się, gdy w 1638 roku zmusił Galileusza do wyparcia się przekonań o słuszności kopernikańskiego modelu Układu Słonecznego (oficjalnie przeprosił za to dopiero papież Jan Paweł II w 1988 roku). Potem stopniowo zaczęto godzić rozwój wiedzy z nauką Kościoła, wciąż jeszcze jednak dla wielu jego przedstawicieli było nie do przyjęcia, że osoba duchowna może angażować się w takie przedsięwzięcia. Miejscowy biskup Anton Ernst Schaffgotsch należał właśnie do dostojników, którzy mieli dość mętne pojęcie o badaniach naukowych. Od wielu lat toczył spory z opatem Nappem. Ten jednak miał poparcie prominentnych przyjaciół, a ponadto jego zakonnicy cieszyli się szerokim uznaniem jako nauczyciele. Biskup nie mógł zatem zamknąć klasztoru, choć miał na to wielką ochotę. Mimo to mógł narzucić pewne ograniczenia i uznał, że myszy Mendla muszą zniknąć. Przeszkadzało mu zwłaszcza to, że podstawą eksperymentów zakonnika była kopulacja.

Zupełnie nieświadomie biskup wyświadczył Mendlowi ogromną przysługę. Myszy uznawano za proste stworzenia o prymitywnych odruchach, w rzeczywistości jednak mają one skomplikowaną strukturę genetyczną. Wiadomo obecnie, że pod wieloma względami biologia myszy przypomina ludzką, dlatego często wykorzystuje się je w eksperymentach medycznych. Gdyby Mendel kontynuował badania na myszach, nie zdołałby dokonać swego przełomowego odkrycia. Złożoność organizmów tych stworzeń wypaczyłaby wyniki jego prac.

W 1854 roku Mendel przerzucił się zatem na zwyczajny groch. Od dwóch dziesięcioleci przy klasztorze istniał eksperymentalny ogród, a badania nad roślinami mogły przynieść rolnictwu znacznie bardziej konkretne korzyści niż krzyżowanie zwierząt. Mendel miał kiedyś powiedzieć, że biskup wyraźnie nie miał pojęcia o tym, iż rośliny także prowadzą życie płciowe. Mechanizmy rozmnażania u roślin są bardzo zróżnicowane. Niektóre gatunki wykształcają odrębne, męskie i żeńskie osobniki. Jeżeli plantator nie upewni się, że na polu ma wymieszane rośliny obu płci, nie zbierze owoców. Wiele roślin do zapylania potrzebuje pszczół. Jeżeli ich lokalna populacja zostanie zniszczona, mnóstwo roślin zginie, bo straci szanse na rozmnożenie się. Groch (Pisum), wybrany przez Mendla jako materiał doświadczalny, przetrwałby jednak zagładę pszczół, gdyż jego kwiaty są hermafrodytyczne – mają zarówno męskie pręciki, jak i żeński słupek.

Hermafrodytyzm grochu był dla Mendla bardzo ważny, ponieważ dzięki temu mógł on sprawować całkowitą kontrolę nad procesem rozmnażania. Wymagało to jednak wielkich nakładów pracy i ogromnej skrupulatności. Żółty pyłek zawierający gamety męskie (plemniki) powstaje w niewielkich, pękatych pylnikach na końcu przypominających antenki pręcików. W naturalnych warunkach ziarno pyłku opada na lepkie znamię słupka i kiełkuje, wpuszczając łagiewkę pyłkową poprzez kanał zwany szyjką słupka do zalążni. Aby skrzyżować różne osobniki, Mendel musiał pracowicie, rabatka po rabatce, własnoręcznie przenosić pyłek z jednych roślin na drugie. W praktyce odbywało się to tak, że usuwał on słupki z kwiatów roślin podlegających krzyżowaniu. Następnie zakrywał pąki małymi skrawkami perkalu, aby je ochronić, potrzeba było bowiem kilku dni, by znamię słupka dojrzało i stało się lepkie. Takie izolatory zapobiegały też zapyleniu kwiatów przez owady pyłkiem z innych, przypadkowych osobników. Kiedy znamię dojrzało, Mendel zapylał je pyłkiem pobranym z innych roślin, o odmiennych cechach charakterystycznych.

Nie wiemy, jak Mendel rejestrował przebieg swych prac. Nie zachowały się żadne dzienniki badań ani notatki, przetrwał jedynie referat, który w 1865 roku wygłosił on w Towarzystwie Rolniczym. Referat składał się z dwóch części, zostały one odczytane w odstępie jednego miesiąca i opublikowane później nakładem tej organizacji. Wszystkie pozostałe dokumenty zostały spalone w klasztorze po śmierci autora.

Referat sporządzony w 1865 roku świadczy o tym, że tok myślenia Mendla był nadzwyczaj uporządkowany. Zaprezentował on zupełnie nową metodę klasyfikacji wyników doświadczeń z krzyżowaniem. Zanim jednak przejdziemy do bardziej szczegółowego opisu eksperymentów, musimy wyjaśnić kilka pojęć, aby uniknąć problemów językowych. W czasach Mendla krzyżowanie dwóch odrębnych organizmów nazywano hybrydyzacją. Nie odróżniano krzyżowania osobników dwóch gatunków od łączenia przedstawicieli niewiele różniących się od siebie odmian tego samego gatunku. Dwuczęściowa praca Mendla z 1865 roku nosiła tytuł Badania nad mieszańcami roślin, który dziś zostałby oceniony jako błędny, ponieważ zakonnik krzyżował jedynie odmiany tego samego gatunku grochu. Obecnie za mieszańce uznaje się osobniki powstałe w wyniku krzyżowania dwóch różnych gatunków. Przykładem może być tangela, efekt krzyżówki mandarynki z grejpfrutem, a wśród zwierząt muł, będący hybrydą konia i osła. Co prawda muły są bezpłodne, co jest dość częstą cechą hybryd, jednak w przypadku krzyżówek roślin zdolność rozmnażania może zostać przywrócona poprzez zastosowanie środków chemicznych podwajających liczbę chromosomów.

Problemy ze znaczeniem słowa „mieszaniec” nie umniejszają jednak wartości pracy Mendla. Ustalił on, że groch siewny ma siedem cech charakterystycznych ujawniających się zawsze na jeden z dwóch sposobów, przedstawionych w tabeli:

SIEDEM CECH GROCHU SIEWNEGO

CECHA

ODMIANA

kształt nasienia

gładkie lub pomarszczone (okrągłe lub kanciaste)

barwa nasienia

żółte lub zielone

barwa łupiny nasiennej

biała lub szara

długość łodygi

długa lub krótka

kształt dojrzałych osobników

strąki wypukłe lub wklęsłe

barwa niedojrzałych strąków

zielone lub żółte

umiejscowienie kwiatów

mnogie wzdłuż całej łodygi lub pojedyncze na końcu

Kilka elementów tego zestawienia wymaga komentarza. W wielu książkach kształt nasion opisywany jest jako „gładki” lub „pomarszczony”. Jednak jak pisze Henig w książce The Monk in the Garden, kształtu nie określają takie cechy jak gładkość czy pomarszczona powierzchnia. Zdaniem autorki oraz innych ekspertów, nieporozumienie spowodował błędny przekład z niemieckiego, Mendel rozróżniał bowiem rzeczywisty kształt jako okrągły lub kanciasty. Ponadto trzecia z wymienionych cech, barwa łupiny nasiennej, czasem interpretowana jest jako barwa kwiatów. Faktycznie Mendel początkowo obserwował barwę kwiatów, musiał jednak zdać sobie sprawę, że jest ona powiązana z innymi właściwościami, dlatego zwrócił szczególną uwagę na barwę łupiny nasiennej. Dziś wiemy, że każda z podanych tu siedmiu cech, nie wyłączając białej lub szarej barwy cienkiej, przezroczystej łupiny nasiennej, jest określana przez geny znajdujące się w oddzielnych chromosomach i dziedziczona niezależnie.

Przed przystąpieniem do krzyżowania różnych odmian grochu siewnego Mendel przez dwa lata uprawiał rośliny z nasion pobranych z osobników o określonych, odmiennych cechach. Czynił tak, aby uzyskać pewność, że rośliny użyte do badań są „czyste” i nie będą samorzutnie tworzyć przypadkowych odmian. To, że Mendel poświęcił tak wiele czasu, aby rygorystycznie przygotować warunki eksperymentu, jest jedną z przyczyn wielkiego uznania, jakie zyskała jego praca. Wiele osób uważa, że był to wyjątkowo nużący początek, ale ogrodnictwo dostarczało Mendlowi tak wiele radości, że nawet ten okres wstępny był dla niego satysfakcjonujący.

Gdy Mendel upewnił się, że rośliny wykazują stabilną jednorodność w przeciągu kilku pokoleń, rozpoczął krzyżowanie osobników wyposażonych w każdą z podanych tu cech z tymi, które miały cechy przeciwne. Rośliny o okrągłych nasionach zostały skrzyżowane z tymi o nasionach kanciastych, osobniki wysokie z niskimi, jednokwiatowe z wielokwiatowymi itd. Panowało wówczas przekonanie, że dziedziczność polega na mieszaniu cech, a więc skrzyżowanie roślin wysokich z niskimi powinno dać rośliny o średniej wysokości. Tak się jednak nie stało. Wynikiem krzyżówki roślin wysokich i niskich w pierwszym pokoleniu były wyłącznie osobniki wysokie. Podobnie skrzyżowanie roślin o żółtych strąkach z roślinami o strąkach zielonych nie spowodowało powstania odmiany o strąkach żółto-zielonych – wszystkie strąki były wyłącznie zielone. Z wyników doświadczeń, jednakowych dla wszystkich siedmiu cech, Mendel wyciągnął wniosek, że pewne – jak to określił – „czynniki” były silniejsze od innych. Silniejsze czynniki dziedziczne nazwał dominującymi, a słabsze recesywnymi. Te dwa terminy są wciąż stosowane, co potwierdza ich trafność, a także stanowi swoisty wyraz uznania dla geniuszu Mendla. Nie wiedział on jednak, czym te czynniki były w istocie. Dopiero w 1909 roku duński profesor fizjologii roślin Wilhelm Johanssen stworzył odpowiadające im pojęcie „genu”, a jeszcze później, w latach 40., stwierdzono, że geny są określonej długości odcinkami DNA, złożonej cząsteczki przechowującej chemicznie zakodowaną informację niezbędną do wytwarzania białek.

Mendel nadal krzyżował groch, aż do lat 60. Gdy było ciepło, cześć hodowli rosła na zewnątrz, ale podczas chłodniejszych miesięcy rośliny uprawiane były w dwuczęściowej szklarni na dziedzińcu klasztoru, obok browaru, a potem w cieplarni zbudowanej na polecenie opata Nappa i oddanej do wyłącznej dyspozycji Mendla. Mała szklarnia ogrzewana była piecem, a większa cieplarnia, zbudowana w nasłonecznionym miejscu, wykorzystywała jedynie ciepło światła słonecznego. Robin Marantz Henig szczegółowo opisuje XX-wieczne spory o to, gdzie dokładnie znajdował się ogród, w którym Mendel uprawiał swój groch. Dyskusje trwały, wydawało się bowiem, że działka była zbyt mała i cienista, by można było wyhodować na niej tyle roślin. Ten niepokaźny, słabo nasłoneczniony skrawek gruntu posłużył niektórym niedowiarkom za dowód, że Mendel kłamał, informując o zakresie swoich badań. Dopiero w latach 90., w wyniku intensywnego naukowego dociekania ustalono, że główny ogród był zlokalizowany na bardziej rozległym i lepiej nasłonecznionym terenie koło cieplarni. Aby rozwiązać zagadkę, przeanalizowano, z których okien inni zakonnicy mogli wołać Mendla, gdy pracował przy swoich roślinach. Dawniej przypuszczano, że pozdrawiali go z okien biblioteki wychodzących na mniejszy ogród. Zakonnicy spędzali jednak większość czasu w pokojach cichej nauki, znajdujących się na drugim końcu budynku, skąd roztaczał się widok na zupełnie inną cześć terenu.

Po przeprowadzeniu wielu prób i obserwacji wszystkich siedmiu cech w pierwszym pokoleniu, Mendel postanowił skrzyżować otrzymane mieszańce. Spodziewał się, że podwójna krzyżówka potwierdzi przewagę dominujących czynników dziedzicznych, takich jak wysokość roślin i barwa strąków. Ku jego zaskoczeniu, rezultaty nie były identyczne. Część roślin wyrosła zgodnie z tym oczekiwaniem, ale inne nie zastosowały się do reguły. Trzeba było człowieka wielkiego ducha, by w tej sytuacji nie stracić nadziei. Czyżby teoria o dziedzicznych czynnikach dominujących i recesywnych okazała się niesłuszna? Na szczęście Mendel od początku eksperymentu korzystał ze swej wiedzy matematycznej. Teraz, po sprawdzeniu starannie zanotowanych liczb, ukazało się rozwiązanie jeszcze większej tejemnicy. Za każdym razem drugie pokolenie roślin dziedziczyło cechy w stosunku 3:1, a więc zawsze na cztery osobniki trzy zachowywały czynnik dominujący, a jeden nie. Propozycja ta sprawdzała się dla każdej z siedmiu badanych cech. To nie mógł być przypadek, lecz ważna prawidłowość. Odkryta przez Mendla proporcja 3:1 stała się punktem wyjścia dla wysiłków setek XX-wiecznych uczonych próbujących odkryć pełen zapis kodu genetycznego żywych organizmów, nie wyłączając człowieka.

Prowadząc swe doświadczenia z grochem siewnym, Mendel nie działał w zupełnej pustce. W 1730 roku szwedzki botanik Carl von Linné, publikujący pod zlatynizowanym imieniem Carolus Linnaeus (Karol Linneusz) – pod którym znany jest zresztą do dziś – stworzył system klasyfikacji polegający na podziale żywych organizmów na dwa królestwa: zwierząt i roślin. Królestwo dzieliło się na kolejne kategorie systematyczne w hierarchii od najszerszych do najbardziej specyficznych w postaci klas, rzędów, rodzajów, gatunków oraz odmian w obrębie tego samego gatunku. Wraz z rozwojem wiedzy system ten stawał się coraz bardziej skomplikowany, dlatego teraz zamiast dwóch mamy pięć królestw, powstały też nowe podjednostki – dla zwierząt typy, a dla roślin działy – nadrzędne wobec klas. Stosowane są także podklasy, będące jednostkami szerszymi od rzędów, oraz rodziny, które górują nad gatunkami (choć czasem są z nimi tożsame). Człowiek jest przedstawicielem królestwa strunowców, typu ssaków, klasy naczelnych, rzędu hominidów i rodzaju/gatunku Homo sapiens. System Linneusza wprowadzał porządek w pogrążonym dotąd w chaosie świecie przyrody, pozwalając każdemu, zarówno amatorowi, jak i uczonemu, dokładnie rozpoznać opisywany gatunek rośliny lub zwierzęcia.

Tymczasem Mendel nie znał dokładnie systematyki swego grochu. Niewątpliwie był to zwykły groch uprawny z rodzaju Pisum, pochodzący częściowo z klasztornego ogrodu oraz sprowadzony z innych miejsc. Mendel uznał, że był to w całości groch siewny (Pisum sativum), choć specjaliści przypuszczają, że trafiały się też gatunki odmienne, takie jak Pisum quadratum. Mendel zlekceważył tę kwestię, przeczuwając, że jest to nieistotne, skoro już na początku okazało się, że każda roślina dziedziczy „czyste” cechy poprzedniego pokolenia. Nic dziwnego zresztą, że nie przywiązywał wagi do dokładnego ustalenia gatunku. Podczas egzaminów miał kłopoty z pytaniem dotyczącym tego właśnie zagadnienia. Tym razem miał rację – w przypadku jego eksperymentów nie miało to znaczenia. Dla „prawdziwych” naukowców przeszkodę nie do pokonania stanowiłaby niemożność dokładnego określenia, do jakiego gatunku należy konkretna roślina. Jednak Mendel, dzięki „amatorskiemu” podejściu, nie zatrzymał się i z entuzjazmem przeszedł do najważniejszej, trwającej dwa lata fazy testów, aby dowieść, że każda roślina dziedziczy „czyste” cechy z pokolenia na pokolenie. Domorośli naukowcy popełniają fatalne błędy, ignorując „akademickie” metody, ale genialny amator może czasem przeskoczyć problem, uznając, że ścisłe trzymanie się zasad nie zawsze jest najlepszą drogą.

Kiedy Mendel rozpoczynał swe doświadczenia, trwało wielkie zamieszanie wokół transmutacji, którą wkrótce zaczęto nazywać ewolucją. Wrzawa wybuchła w 1809 roku, po ukazaniu się książki Filozofia zoologii francuskiego przyrodnika Jeana Baptiste’a Lamarcka. Lamarck wprowadził do słownika wyraz „biologia” i jako pierwszy odróżnił zwierzęta kręgowe od bezkręgowców (w wyniku czego dodano nową kategorię systematyczną do tych, które wprowadził Linneusz). Jednak na opinii o nim zaciążyło to, iż jego poglądy ewolucji uznano za śmieszne. Lamarck twierdził, że rośliny i zwierzęta zmieniają się pod wpływem środowiska, co było dość rozsądnym założeniem, ale przykłady, którymi poparł swą koncepcję, brzmiały jak bajeczki Rudyarda Kiplinga, jak choćby ta o Słoniątku. Mimo słabych punktów jego teoria stała się prawdziwą sensacją, ponieważ kwestionowała rolę Boga w tworzeniu stworzeń żyjących na ziemi. Teza, zgodnie z którą głodna żyrafa miałaby wyciągać wysoko szyję, by dosięgnąć liści, co w rezultacie miało doprowadzić do utrwalenia się tej cechy i przekazania jej potomstwu, została uznana przez wierzących, w tym wielu naukowców, nie tyle za głupią, ile za bluźnierczą. Koncepcje ewolucyjne wywoływały więc zamieszanie w środowisku naukowym jeszcze przed opublikowaniem dzieła Karola Darwina O powstawaniu gatunków w 1859 roku, czyli na cztery lata przed zakończeniem eksperymentów Mendla. Darwin odrzucił poglądy Lamarcka, ponieważ bardziej przemawiało do niego pojęcie „walki o byt” ekonomisty Thomasa Malthusa. Przekształcił je w zasadę „przetrwania najlepiej przystosowanych”. Darwin uważał jednak, w przeciwieństwie do Lamarcka, że zmiany wśród roślin i zwierząt są procesami długotrwałymi, jego praca była zatem niezgodna z biblijnym dogmatem stworzenia. Zdaniem wielu osób było to jeszcze większe bluźnierstwo.

Mendel niewątpliwie znał dokonania Darwina, ponieważ w 1865 roku wysłał mu swój dwuczęściowy referat o krzyżowaniu grochu. Udało mu się tak zaprezentować wyniki swej pracy, aby uniknąć bezpośredniego uczestnictwa w debacie na temat ewolucji. Wyniki eksperymentów Mendla nabierały ogromnego znaczenia w świetle teorii ewolucji, z czego musiał zdawać sobie sprawę, jednak jego matematyczny opis problemu był nowoczesny i obiektywny, pod suchymi liczbami ukrywał wszelkie kontrowersje. Tak naprawdę prawie nikt nie miał pojęcia, czego dotyczą jego prace. W dużym stopniu na lekceważącym stosunku do jego dokonań wśród słuchaczy jego wykładów lub czytelników opublikowanego referatu zaważyło zwykłe rozbawienie, spowodowane skrupulatnością Mendla w śledzeniu rozwoju tysięcy sadzonek grochu, pokolenie za pokoleniem, przez bardzo długi okres. Reakcja większości sprowadzała się do twierdzenia: „Ależ się napracował – musi być dość bystry”.

Kolejne etapy eksperymentu były jeszcze bardziej skomplikowane. Mendel ustalił, że krzyżowanie w drugim i trzecim pokoleniu daje proporcję między czynnikami dominującymi a recesywnymi w stosunku 3:1. Aby jednak ostatecznie określić właściwości czynników dominujących i recesywnych, musiał posunąć się jeszcze dalej, krzyżując na dwa różne sposoby mieszańce z pokoleniem rodzicielskim. Połowę mieszańców skrzyżował z osobnikami posiadającymi dwie cechy dominujące, a drugą połowę z tymi, które miały podwójne czynniki recesywne. Spodziewał się, że wszystkie krzyżówki roślin o dwóch czynnikach dominujących będą do siebie podobne, ponieważ czynnik dominujący zawsze przeważa nad wpływem czynnika recesywnego. Rezultatem krzyżówki osobników o dwóch czynnikach recesywnych miały być cztery różne odmiany w stosunku 1:1:1:1, ponieważ w tym przypadku cechy recesywne nie były tłumione przez dominujące. I właśnie tak się stało.