Mes études scientifiques m'ont procuré une grande satisfaction; et je suis convaincu que le monde entier reconnaîtra bientôt les résultats de mon travail.
Gregor Johann Mendel était un scientifique, météorologue, mathématicien, biologiste, frère augustinien et abbé de l'Abbaye Saint-Thomas à Brno, Margraviat de Moravie. Mendel est né dans une famille germanophone dans la partie silésienne de l'Empire autrichien, l'actuelle République tchèque, et a reçu une reconnaissance posthume en tant que fondateur de la science moderne de la génétique. Bien que les agriculteurs sachent depuis des millénaires que le croisement d'animaux et de plantes pouvait favoriser certains traits désirables, les expériences de Mendel avec des plants de pois menées entre 1856 et 1863 ont établi de nombreuses règles de l'hérédité, maintenant appelées les lois de l'hérédité mendélienne.
Mendel a travaillé avec sept caractéristiques des plants de pois : la hauteur de la plante, la forme et la couleur de la gousse, la forme et la couleur de la graine, ainsi que la position et la couleur de la fleur. En prenant la couleur de la graine comme exemple, Mendel a montré que lorsqu'un pois jaune de pure race et un pois vert de pure race étaient croisés, leur progéniture produisait toujours des graines jaunes. Cependant, à la génération suivante, les pois verts réapparurent dans un rapport de 1 vert pour 3 jaunes. Pour expliquer ce phénomène, Mendel a forgé les termes « récessif » et « dominant » en référence à certains traits. Dans l'exemple précédent, le trait vert, qui semble avoir disparu dans la première génération filiale, est récessif et le jaune est dominant. Il a publié ses travaux en 1866, démontrant l'action de « facteurs » invisibles — maintenant appelés gènes — dans la détermination prévisible des traits d'un organisme.
L'importance profonde des travaux de Mendel n'a pas été reconnue jusqu'au tournant du XXe siècle, plus de trois décennies plus tard, avec la redécouverte de ses lois. Erich von Tschermak, Hugo de Vries et Carl Correns ont indépendamment vérifié plusieurs des résultats expérimentaux de Mendel en 1900, inaugurant l'ère moderne de la génétique.
Vie et carrière
Mendel est né dans une famille tchèque germanophone à Hynčice (Heinzendorf bei Odrau en allemand), à la frontière entre la Moravie et la Silésie, Empire autrichien, maintenant une partie de la République tchèque. Il était le fils d'Anton et de Rosine Schwirtlich Mendel et avait une sœur aînée, Veronika, et une plus jeune, Theresia. Ils vivaient et travaillaient dans une ferme qui avait appartenu à la famille Mendel pendant au moins 130 ans ; la maison où Mendel est né est maintenant un musée consacré à Mendel. Pendant son enfance, Mendel a travaillé comme jardinier et a étudié l'apiculture. Jeune homme, il a fréquenté le lycée à Opava (appelé Troppau en allemand). Il a dû prendre quatre mois de congé pendant ses études au lycée en raison d'une maladie. De 1840 à 1843, il a étudié la philosophie pratique et théorique ainsi que la physique à l'Institut philosophique de l'Université d'Olomouc, prenant une autre année de congé en raison d'une maladie. Il a également eu des difficultés financières pour payer ses études, et Theresia lui a donné sa dot. Plus tard, il a aidé à soutenir ses trois fils, dont deux sont devenus médecins.
Il est devenu moine en partie parce que cela lui a permis d'obtenir une éducation sans avoir à la payer lui-même. Comme fils d'un agriculteur en difficulté, la vie monastique, selon ses propres termes, l'a épargné de « l'anxiété perpétuelle concernant les moyens de subsistance ». Né Johann Mendel, il a reçu le nom de Gregor Řehoř en tchèque lorsqu'il a rejoint les moines augustiniens.
Lorsque Mendel a intégré la Faculté de philosophie, le Département d'histoire naturelle et d'agriculture était dirigé par Johann Karl Nestler, qui menait des recherches approfondies sur les traits héréditaires des plantes et des animaux, en particulier les moutons. Sur la recommandation de son professeur de physique Friedrich Franz, Mendel a intégré l'Abbaye augustinienne Saint-Thomas à Brno (appelée Brünn en allemand) et a commencé sa formation de prêtre. Mendel a travaillé comme professeur de lycée suppléant. En 1850, il a échoué à la partie orale, la dernière des trois parties, de ses examens pour devenir professeur de lycée certifié. En 1851, il a été envoyé à l'Université de Vienne pour étudier sous le parrainage de l'abbé Cyril František Napp afin qu'il puisse obtenir une éducation plus formelle. À Vienne, son professeur de physique était Christian Doppler. Mendel est retourné à son abbaye en 1853 en tant que professeur, principalement de physique. En 1856, il a passé l'examen pour devenir professeur certifié et a à nouveau échoué à la partie orale. En 1867, il a remplacé Napp en tant qu'abbé du monastère.
Après son élévation en tant qu'abbé en 1868, ses travaux scientifiques ont largement cessé, car Mendel a été surchargé de responsabilités administratives, notamment d'un différend avec le gouvernement civil au sujet de sa tentative d'imposer des taxes spéciales aux institutions religieuses. Mendel est décédé le 6 janvier 1884, à l'âge de 61 ans, à Brno, Moravie, Austro-Hongrie (maintenant République tchèque), d'une néphrite chronique. Le compositeur tchèque Leoš Janáček a joué de l'orgue à ses funérailles. Après sa mort, l'abbé qui lui a succédé a brûlé tous les papiers de la collection de Mendel, pour marquer la fin des différends concernant la fiscalité.
Contributions
Expériences sur l'hybridation végétale
Gregor Mendel, connu sous le nom de « père de la génétique moderne », a choisi d'étudier la variation chez les plantes dans le jardin expérimental de 2 hectares (4,9 acres) du monastère.
Après des expériences initiales avec des plants de pois, Mendel s'est concentré sur l'étude de sept traits qui semblaient être hérités indépendamment d'autres traits : la forme de la graine, la couleur de la fleur, la teinte du tégument de la graine, la forme de la gousse, la couleur de la gousse immature, l'emplacement de la fleur et la hauteur de la plante. Il s'est d'abord concentré sur la forme de la graine, qui était soit anguleuse, soit ronde. Entre 1856 et 1863, Mendel a cultivé et testé environ 28 000 plants, dont la majorité était des plants de pois (Pisum sativum). Cette étude a montré que, lorsque différentes variétés de pure race étaient croisées entre elles (par exemple, des plantes grandes fécondées par des plantes courtes), à la deuxième génération, un plant de pois sur quatre avait des traits purifiés récessifs, deux sur quatre étaient des hybrides, et un sur quatre était purifié dominant. Ses expériences l'ont conduit à formuler deux généralisations, la Loi de la ségrégation et la Loi de l'assortiment indépendant, qui sont devenues plus tard connues sous le nom de Lois de l'hérédité de Mendel.
Réception initiale des travaux de Mendel
Mendel a présenté son article, « Versuche über Pflanzenhybriden » (« Expériences sur l'hybridation des plantes »), lors de deux réunions de la Société d'histoire naturelle de Brno en Moravie les 8 février et 8 mars 1865. Il a généré quelques rapports favorables dans les journaux locaux, mais a été ignoré par la communauté scientifique. Lorsque l'article de Mendel a été publié en 1866 dans Verhandlungen des naturforschenden Vereines in Brünn, il était considéré comme portant essentiellement sur l'hybridation plutôt que sur l'hérédité, avait peu d'impact et a été cité seulement environ trois fois au cours des trente-cinq années suivantes. Son article a été critiqué à l'époque, mais est maintenant considéré comme une œuvre fondamentale. Notamment, Charles Darwin n'était pas au courant de l'article de Mendel, et il est envisagé que s'il en avait eu connaissance, la génétique telle qu'elle existe maintenant aurait pu s'établir beaucoup plus tôt. La biographie scientifique de Mendel fournit ainsi un exemple de l'échec des innovateurs obscurs et hautement originaux à recevoir l'attention qu'ils méritent.
Redécouverte des travaux de Mendel
Environ quarante scientifiques ont écouté les deux conférences révolutionnaires de Mendel, mais il semble qu'ils n'aient pas compris ses travaux. Plus tard, il a également mené une correspondance avec Carl Nägeli, l'un des biologistes les plus éminents de l'époque, mais Nägeli n'a pas non plus apprécié les découvertes de Mendel. À certains moments, Mendel a dû douter de ses travaux, mais pas toujours : « Mon heure viendra », aurait-il dit à un ami, Gustav von Niessl.
De son vivant, la plupart des biologistes soutenaient l'idée que tous les caractéristiques étaient transmis à la génération suivante par l'hérédité par mélange, dans laquelle les traits de chaque parent sont en moyenne. Les exemples de ce phénomène sont maintenant expliqués par l'action de plusieurs gènes aux effets quantitatifs. Charles Darwin a essayé sans succès d'expliquer l'hérédité par une théorie de la pangénèse. Ce n'est qu'au début du XXe siècle que l'importance des idées de Mendel a été réalisée.
En 1900, la recherche visant à trouver une théorie réussie de l'hérédité discontinue plutôt que l'hérédité par mélange a conduit à une duplication indépendante de ses travaux par Hugo de Vries et Carl Correns, et à la redécouverte des écrits et des lois de Mendel. Les deux ont reconnu la priorité de Mendel, et il est probable qu'on pense que de Vries n'a pas compris les résultats qu'il avait trouvés jusqu'à après avoir lu Mendel. Bien qu'Erich von Tschermak ait également été initialement crédité de la redécouverte, cela n'est plus accepté car il n'a pas compris les lois de Mendel. Bien que de Vries ait par la suite perdu intérêt dans le mendélisme, d'autres biologistes ont commencé à établir la génétique moderne en tant que science. Ces trois chercheurs, chacun d'un pays différent, ont publié leur redécouverte des travaux de Mendel dans un délai de deux mois au printemps de 1900.
Les résultats de Mendel ont été rapidement reproduits, et la liaison génétique a été rapidement élucidée. Les biologistes se sont précipités vers la théorie ; bien qu'elle n'ait pas encore été applicable à de nombreux phénomènes, elle cherchait à donner une compréhension génotypique de l'hérédité qui leur semblait faire défaut dans les études précédentes de l'hérédité, qui s'étaient concentrées sur les approches phénotypiques. Les plus éminentes de ces approches précédentes était l'école biométrique de Karl Pearson et W. F. R. Weldon, qui était basée largement sur des études statistiques de la variation phénotypique. L'opposition la plus forte à cette école provenait de William Bateson, qui a probablement fait le plus dans les premiers jours pour publiciser les avantages de la théorie de Mendel ; le terme « génétique » et une grande partie de la terminologie de la discipline proviennent de Bateson. Ce débat entre les biométriciens et les mendéliens a été extrêmement vigoureux dans les deux premières décennies du XXe siècle, les biométriciens revendiquant la rigueur statistique et mathématique, tandis que les mendéliens revendiquaient une meilleure compréhension de la biologie. La génétique moderne montre que l'hérédité mendélienne est en fait un processus intrinsèquement biologique, bien que tous les gènes des expériences de Mendel ne soient pas encore compris.
En fin de compte, les deux approches ont été combinées, notamment par les travaux menés par R. A. Fisher dès 1918. La combinaison, dans les années 1930 et 1940, de la génétique mendélienne avec la théorie de l'évolution par la sélection naturelle de Darwin a abouti à la synthèse moderne de la biologie évolutive.
Autres expériences
Mendel a commencé ses études sur l'hérédité en utilisant des souris. Il était à l'Abbaye Saint-Thomas, mais son évêque n'aimait pas qu'un de ses frères étudie le sexe animal, alors Mendel s'est tourné vers les plantes. Mendel a également élevé des abeilles dans une ruche qui a été construite pour lui, en utilisant des ruches qu'il a conçues. Il a également étudié l'astronomie et la météorologie, fondant la « Société météorologique autrichienne » en 1865. La majorité de ses travaux publiés concernaient la météorologie.
Mendel a également expérimenté avec la épervière (Hieracium) et les abeilles domestiques. Il a publié un rapport sur ses travaux avec l'épervière, un groupe de plantes qui présentait un grand intérêt pour les scientifiques de l'époque en raison de leur diversité. Cependant, les résultats de l'étude d'hérédité de Mendel chez l'épervière étaient différents de ses résultats pour les pois ; la première génération était très variable et beaucoup de leur progéniture étaient identiques au parent maternel. Dans sa correspondance avec Carl Nägeli, il a discuté de ses résultats mais a été incapable de les expliquer. Ce n'est que vers la fin du XIXe siècle qu'on a apprécié que de nombreuses espèces d'épervière étaient apomictiques, produisant la plupart de leurs graines par un processus asexué.
Aucun de ses résultats sur les abeilles n'a survécu, à l'exception d'une mention passagère dans les rapports de la Société morave d'apiculture. Tout ce qu'on sait avec certitude est qu'il a utilisé des abeilles chypriotes et carnioliennes, qui étaient particulièrement agressives, à l'agacement des autres moines et visiteurs du monastère, de sorte qu'on lui a demandé de s'en débarrasser. Mendel, en revanche, était attaché à ses abeilles et les appelait « mes petits animaux les plus chers ».
Il a également décrit de nouvelles espèces végétales, et celles-ci sont désignées par l'abréviation d'auteur botanique « Mendel ».
Le paradoxe mendélien
En 1936, R.A. Fisher, un statisticien et généticien des populations éminents, a reconstruit les expériences de Mendel, a analysé les résultats de la génération F2 (deuxième génération filiale) et a trouvé le rapport des phénotypes dominants aux récessifs (par exemple, pois jaunes par rapport aux pois verts ; pois ronds par rapport aux pois ridés) d'être implausiblement et constamment trop proche du rapport attendu de 3 pour 1. Fisher a affirmé que « les données de la plupart, sinon de tous, des expériences ont été falsifiées pour s'accorder étroitement avec les attentes de Mendel ». Les observations présumées de Mendel, selon Fisher, étaient « abominables », « choquantes » et « truquées ».
D'autres savants s'accordent avec Fisher pour dire que les diverses observations de Mendel se rapprochent inconfortablement des attentes de Mendel. Anthony W.F. Edwards, par exemple, remarque : « On peut applaudir le joueur chanceux ; mais quand il a de la chance à nouveau demain, et le jour suivant, et le jour d'après, on est en droit de devenir un peu soupçonneux ». Trois autres lignes de preuve soutiennent également l'affirmation selon laquelle les résultats de Mendel sont en effet trop beaux pour être vrais.
L'analyse de Fisher a donné naissance au paradoxe mendélien, un paradoxe qui reste non résolu à ce jour. Ainsi, d'un côté, les données rapportées par Mendel sont, statistiquement parlant, trop bonnes pour être vraies ; de l'autre, « tout ce que nous savons de Mendel suggère qu'il était peu probable qu'il s'engage dans une fraude délibérée ou dans un ajustement inconscient de ses observations ». Un certain nombre d'écrivains ont tenté de réso
