Gregor Mendel là một tu sĩ ở thành phố Brno, nay thuộc Cộng hoà Séc. Trong khoảng tám năm, ông lai và đếm hàng chục nghìn cây đậu Hà Lan trong vườn tu viện, và phát hiện ra rằng tính trạng được truyền qua những đơn vị riêng rẽ, không hoà trộn, theo những tỉ lệ đếm được. Công trình công bố năm một nghìn tám trăm sáu mươi sáu gần như bị lãng quên, cho tới năm một nghìn chín trăm mới được ba nhà khoa học tìm lại.
Chào bạn, đây là Nhà Sinh Học. Ở những tập về trội lặn và nhóm máu, mình đã dùng các tỉ lệ một phần tư, một nửa. Tập này mình kể về người đầu tiên đếm ra chúng.
Một tu sĩ thích toán và vườn tược
Mendel sinh năm một nghìn tám trăm hai mươi hai trong một gia đình nông dân ở vùng Silesia thuộc Đế quốc Áo. Gia đình nghèo, ông vào tu viện dòng Augustinô ở Brno, nơi tu sĩ được tạo điều kiện học tập và nghiên cứu.
Tu viện cử ông tới Đại học Vienna học vật lý, toán và khoa học tự nhiên. Ở đó ông học cách làm thí nghiệm có kế hoạch và cách dùng thống kê, những kỹ năng mà các nhà lai tạo cây thời ấy ít ai có.
Thời đó, người ta tin con cái là sự hoà trộn của bố mẹ, như pha hai màu sơn. Nhưng nếu vậy, sau vài thế hệ mọi khác biệt sẽ bị trộn đều và biến mất. Câu hỏi làm sao tính trạng được giữ qua nhiều đời vẫn chưa có lời giải.
Mendel quyết định trả lời bằng cách đếm, một cách tiếp cận rất mới với sinh học thời ấy.
Vì sao lại là cây đậu Hà Lan?
Cây đậu Hà Lan có nhiều ưu điểm cho thí nghiệm. Nó mọc nhanh, cho nhiều hạt, có nhiều giống với những tính trạng khác nhau rõ rệt: hạt trơn hay nhăn, hạt vàng hay xanh, hoa tím hay trắng, cây cao hay thấp.
Hoa đậu thường tự thụ phấn trước khi nở, nên các giống thuần giữ được tính trạng qua nhiều đời. Muốn lai, Mendel chỉ cần mở nụ, cắt bỏ nhị, rồi dùng cọ quét phấn từ cây khác vào. Ông kiểm soát được hoàn toàn ai lai với ai.
Mendel chọn bảy cặp tính trạng rõ ràng, mỗi cặp chỉ có hai dạng dễ phân biệt. Ông dành hai năm đầu chỉ để kiểm tra các giống có thật thuần không.
Sự kỹ lưỡng trong khâu chọn vật liệu và kiểm tra trước là điều làm nên thành công của ông, và vẫn là bài học cho mọi người làm nghiên cứu ngày nay.
Ba trên một: con số thay đổi lịch sử
Khi lai cây hạt trơn thuần với cây hạt nhăn thuần, thế hệ con thứ nhất toàn hạt trơn. Tính nhăn dường như biến mất. Nhưng khi cho các cây con này tự thụ phấn, thế hệ thứ hai lại xuất hiện hạt nhăn, và tỉ lệ hạt trơn so với hạt nhăn xấp xỉ ba trên một.
Mendel đếm hàng nghìn hạt cho mỗi cặp tính trạng, và tỉ lệ ba trên một lặp lại ở cả bảy cặp. Ông giải thích rằng mỗi cây mang hai yếu tố cho mỗi tính trạng, một từ mỗi bố mẹ; một yếu tố có thể lấn át yếu tố kia; và khi tạo giao tử, hai yếu tố tách nhau ra, mỗi giao tử chỉ mang một.
Đó chính là quy luật phân li, nền tảng của di truyền học. Ông còn phát hiện các cặp tính trạng khác nhau được truyền độc lập với nhau, gọi là quy luật phân li độc lập. Về sau người ta biết quy luật thứ hai chỉ đúng khi các gen nằm trên những nhiễm sắc thể khác nhau hoặc nằm xa nhau.
Những yếu tố mà Mendel nói tới chính là thứ ngày nay ta gọi là gen, dù ông không hề biết chúng nằm ở đâu hay làm bằng gì.
Bị lãng quên ba mươi năm
Mendel trình bày kết quả tại Hội Khoa học Tự nhiên Brno năm một nghìn tám trăm sáu mươi lăm và công bố năm sau trong tập san của hội. Ông gửi bản in cho một số nhà khoa học, nhưng hầu như không ai hiểu tầm quan trọng của nó.
Một nhà thực vật học có uy tín khuyên ông thử lại trên một loài cây khác. Không may loài cây ấy có cách sinh sản đặc biệt, tạo hạt mà không cần thụ phấn, nên kết quả rối tung và không lặp lại được tỉ lệ cũ. Mendel có lẽ đã nản lòng.
Năm một nghìn tám trăm sáu mươi tám, ông được bầu làm viện phụ tu viện, công việc quản lý chiếm gần hết thời gian. Ông mất năm một nghìn tám trăm tám mươi tư mà không thấy công trình của mình được công nhận.
Năm một nghìn chín trăm, ba nhà thực vật học ở Hà Lan, Đức và Áo, làm việc độc lập, cùng đi tới những kết luận tương tự và tìm lại bài báo của Mendel. Từ đó, di truyền học hiện đại bắt đầu.
Số liệu quá đẹp và bí mật của hạt đậu nhăn
Năm một nghìn chín trăm ba mươi sáu, nhà thống kê và di truyền học người Anh Ronald Fisher phân tích lại số liệu của Mendel và cho rằng chúng khớp với lý thuyết đẹp tới mức khó tin. Ông đặt câu hỏi liệu có ai đó đã chỉnh số liệu.
Cuộc tranh luận kéo dài nhiều thập kỷ. Nhiều nhà nghiên cứu về sau cho rằng có những cách giải thích hợp lý không cần tới gian lận, như cách Mendel chọn dừng đếm hay phân loại những hạt khó xác định. Đến nay vẫn chưa có kết luận chung.
Còn một điều thú vị nữa: năm một nghìn chín trăm chín mươi, các nhà khoa học tìm ra gen làm hạt đậu nhăn. Hạt nhăn thiếu một enzym giúp tạo tinh bột phân nhánh, nên giữ nhiều đường hơn, hút nhiều nước khi đang lớn, rồi co nhăn lại khi khô. Gen hỏng vì bị một đoạn ADN nhảy chèn vào giữa.
Lần tới ăn đậu Hà Lan, bạn thử nhặt vài hạt khô xem hạt nào trơn, hạt nào nhăn. Trong lòng bàn tay bạn là chính câu hỏi mà một tu sĩ đã kiên nhẫn đếm suốt tám năm.
Câu hỏi thường gặp
Mendel có biết tới Darwin không?
Có, Mendel đã đọc bản dịch tiếng Đức của cuốn Nguồn gốc các loài và ghi chú trong đó. Darwin thì không biết tới công trình của Mendel.
Vì sao gọi là đậu Hà Lan?
Đây là tên gọi phổ biến ở Việt Nam cho loài đậu mà Mendel dùng, có lẽ vì giống đậu được du nhập qua người phương Tây. Ở Đà Lạt và một số vùng mát, đậu Hà Lan được trồng nhiều.
Quy luật Mendel có đúng với mọi tính trạng không?
Không. Quy luật Mendel đúng rõ nhất với tính trạng do một gen quyết định. Nhiều tính trạng như chiều cao người do nhiều gen và môi trường cùng ảnh hưởng nên không theo tỉ lệ đơn giản.
Mendel có phải là nhà khoa học chuyên nghiệp không?
Mendel là tu sĩ và từng dạy học ở trường trung học, ông nghiên cứu khoa học bên cạnh công việc ấy. Ông cũng quan tâm tới khí tượng và nuôi ong.
Học sinh có thể làm lại thí nghiệm của Mendel không?
Có thể làm phiên bản đơn giản với cây đậu trồng chậu hoặc với ruồi giấm trong phòng thí nghiệm trường, dưới hướng dẫn của thầy cô. Phần khó nhất là kiên nhẫn đếm cho đủ nhiều.
