گريگوري مندل كه او را پدر ژنتيك مي دانند در روستاي برنو كه اكنون جزوي از كشور چك است در خانواده اي تنگ دست و آلماني زبان متولد شد. پدر مندل، يك کشاورز بود كه حداقل سه روز در هفته براي مالك زمين در شرايطي بسيار سخت و طاقت فرسا كار مي كرد تا بالاخره روزي مالك یک زمين زراعي شد. مندل هم به پرورش درختان ميوه علاقه زيادي داشت و باغ ميوه كوچك خود را با پيوندهايي بهبود مي بخشيد كه كشيش شهر، پدر «شريبر»، در اختيارش مي گذاشت. يوهان جوان كه پس از راهب شدن گرگور مندل نام گرفت، در اين كار به پدرش كمك مي كرد. و به تدریج با باغباني و پرورش گل آشنا شد. پدر شريبر در مدرسه دهكده تدريس مي كرد. كودكان در آن مدرسه نه تنها خواندن و نوشتن مي آموختند، بلكه با تاريخ طبيعي و علوم نيز آشنا مي شدند. مندل هم که شاگرد ممتازي بود ، درس را در همان مدرسه شرع کرد. پدر مندل که مرد فقیری بود ، با وجود امكانات بسيار اندك، هر آنچه در توان داشت، به كار گرفت تا پسرش آينده بهتري داشته باشد.
یوهان، تحصيلات ابتدايي را با موفقيت پشت سر گذاشت و براي رفتن به
دبيرستان آماده شد. هر چند که رفتن به دبیرستان برای خانواده یوهان بسیار سخت بود و والدين او نمي توانستند از نظر مالي كمك زيادي به او بكنند. به همین دلیل هم ، يوهان مجبور بود براي تأمين نيازهاي مالي خود كار كند. با وجود اين، او با موفقيت به تحصيل ادامه داد تا اين كه در شانزده سالگي پدر مندل در يك تصادف به شدت صدمه ديد و مجبور شد كار در مزرعه را رها كند. به اين ترتيب، يوهان بايد كليه مخارج تحصيل خود را به تنهايي فراهم مي كرد. او به خاطر كار زياد و سوء تغذيه، مريض شد. با وجود اين، دبيرستان را با موفقيت به پايان رساند و خود را براي رفتن به دانشگاه آماده كرد. از آن جا كه يوهان سرگرم تحصيل بود و نمي توانست در كار مزرعه به پدر كمك كند، آنتوان مندل ، پدر یوهان تصميم گرفت سرپرستي مزرعه را به دامادش واگذار كند. داماد نيز متعهد شد كه هنگام ورود يوهان به صومعه، مبلغی را به او بپردازد. تقريباً بلافاصله پس از اين كه قرارداد امضا شد، خواهر مندل سهم جهيزيه اش را به برادرش داد تا تحصيلات خود را تكميل كند. و در انتهاي آن سال، تمام بودجه خانواده به اتمام رسيد. در چنان شرايطي، تنها اميد خانواده، كشيش شدن يوهان بود! مندل اميدوار بود به عنوان كشيش، شغلي همچون معلمي در مدرسه پيدا كند و در اوقات فراغت به مطالعات علمي بپردازد. مندل در صومعه اي مشغول فعاليت شد كه داراي يك زيست شناس، يك ستاره شناس، يك فيلسوف و يك آهنگساز بود. طبق يك حكم سلطنتي، آنان مسئوليت تدريس مسائل ديني، فلسفي و رياضيات را بر عهده داشتند. در واقع صومعه بک دانشگاه کوچک بود. این دانشگاه کوچک براي تكميل گروه كوچك استادانش به شاگرد جواني نياز داشت كه مايل به پيوستن به صومعه باشد. ازاين رو، مندل به توصيه استاد فيزيكش كه مندل را در رشته فيزيك بهترين مي دانست، به صومعه پيوست. چند سال بعد، مندل در يكي از يادداشتهايش چنين نوشت: «اين قدم، تغييري اساسي در زندگي ام به وجود آورد. احساس مي كنم به نقطه اي از زندگي رسيده ام كه ديگر به مبارزه تلخ براي زنده ماندن نيازي ندارم.» او ديگر نگران به دست آوردن لقمه ناني نبود و سرانجام مي توانست از نظر مالي به خانواده اش كمك كند و بخشش سخاوتمندانه خواهرش را با تأمين مخارج تحصيل پسرانش جبران نمايد. مندل به عنوان كشيش ناحيه و كشيش بيمارستان به كار مشغول شد. اما كار در بيمارستان براي مندل مناسب نبود و مجاورت با انواع بيماريها او را بيمار كرد. به همين جهت، او براي تدريس به يكي از دبيرستان هاي ناحيه اعزام شد. اين شغل براي مندل بسيار مناسب بود. او رياضيات و ادبيات روم و يونان باستان تدريس مي كرد و بين دانش آموزان و اعضاي دبيرستان، شهرت و محبوبيت زيادي داشت. مندل با كمك هاي صومعه توانست در دانشگاه وين تحصيل كند. او در كلاس هاي فيزيك تجربي آموخت كه چگونه مي توان به كمك مشاهده و تجربه، فرضيه ها را آزمايش كرد و به قوانين عمومي دست يافت. او به مطالعه آمار و احتمالات پرداخت و با نظريه اتمي در شيمي آشنا شد. همچنين در كلاس هاي زيست شناسي و فيزيولوژي گياهي شركت كرد تا دانش خود را در اين زمينه تكميل كند. در زمان مندل نظريه توارث آميخته نظريه ای ببود افراد آن را پذبرفه بودند بر این اساس ، صفات فرزندان هميشه حد واسطي از صفات والدين است و طبق نظر لامارك محيط بر وراثت تاثير مي گذارد و ممكن است باعث تغيير صفات منتقل شده از والدين به فرزندان شود. مندل هم که مطالعاتی در این مورد انجام داده بود بر روی اصول وراثت کار کرد و در نهایت نظریه لامارک را را رد كرد. مندل در سال ۱۸۵۶، مطالعات معروفش را روي گياه نخود فرنگي آغاز كرد و پس از هفت سال موفق به كشف اصول اوليه وراثت شد. تمام فضايي كه او براي انجام آزمايشاتش در اختيار داشت، قطعه كوچكي از باغ صومعه بود كه ۳۵ متر طول و هفت متر عرض داشت. او با اين كه به طور تمام وقت تدريس مي كرد، هر گاه فرصتي مي يافت، به كار و آزمايش در باغچه اش مي پرداخت. نتايج آزمايش هاي او در سال ۱۸۶۵ منتشر شد. مندل گیاه نخود را انتخاب کرد و از طریق دگر لقاحی در نخود سعی کرد که نخود هایی با صفات متقابل را با یکدگر آمیزش دهد و گیاهانی با صفات جدید را به وجود آورد. هر چند که هیچ گاه گیاهی با صفات جدید به وجود نیامد ، اما آزمایشات او به شناسایی اصول مهمی از وراثت ختم شد. آزمايشگاه مندل همان باغچه کلیسا بود و او آزمایشات خود را از سال ۱۸۵۶ تا ۱۸۶۳ بر روي گياه نخود انجام داد و با کمک دانش ریاضی احتمالات موفق شد نسبت های بیان صفات که به دو دسته غالب و مغلوب تقسیم بندی کرده بود را کشف کند که بعدها به قوانين وراثت مندل معروف شد. از آنجا که در آن زمان بسیاری از افراد با نفوذ همچنان نظریات داروین و لامارک را صحیح می پنداشتند حاضر به پذیرش نظریات او نشدند. و مندل در حالی که هنوز نتایج آزمایشات او در محفل علمی معتبری مطرح نشده بود درگذشت و این در حالی بود که حتی گروهی از فلاسفه علم اعتقاد داشتند که مندل به صورت غیر آگاهانه به نتایجی دست پیدا کرده و حتی میخواستند لقبی را که بعداً به عنوان پدر علم ژنتیک برای او انتخواب کردند را منکر شوند. مندل تا سال ۱۹۰۰ همچنان ناشناخته ماند تا این که در این سالها سه دانشجو به صورت جداگانه کارهای مندل را دنبال کردند و قوانین او را به تأیید رساندند. مندل قوانين حقيقي وراثت را كشف كرد، اما محيط فرهنگي اش مانع از آن شد كه ارزش كارهايش شناخته شود. كشف مجدد قوانين مندل تنها هنگامي ممكن شد كه سلسله اي از تهاجم هاي غيرمستقيم علمي تصورات قديمي را از اعتبار ساقط كرد. پژوهش های مندل بر روی حدود ۲۸۰۰۰ بوته نخود و در مدت ۷ سال دنبال شد.
اگر مولكول دراز و نازك DNA را مانند نردباني مارپيچ در نظر بگيريم ميتوانيم آن را داراي دو ستون استواري و شمار زيادي پله بدانيم. ستونهاي استواري از قند پنجكربني دِاكسي ريبوز و گروه فسفات درست شده كه يك در ميان به هم وصل شدهاند. ستونهاي استواري به دليل بارهاي منفي گروههاي فسفات و داشتن گروههاي هيدروكسيل(OH) در قندهايشان، آبدوست هستند. اما چهار نوع باز آلي كه پلههاي DNA را ميسازند، بسيار آبگريزند و فقط در بخشي از لبههاي خود ميتوانند پيوند هيدروژني برقرار كنند. پس بهجاست كه بخشهاي آبگريز DNA بهگونهاي از دسترس آب به دور باشند و مارپيچي بودن DNA بهترين چارهي كار است.
در مولكول مارپيچي DNA ستونهاي آبدوست به بيرون مولكول و بازهاي آلي آبدوست به درون مولكول آرايش ميگيرند. در اين آرايش، بازهاي آلي در يك ستون استواري با بازهاي آلي در ستون استواري ديگر، پيوند هيدروژني برقرار ميكنند و همين پيوندها باعث كنار هم ماندن دو رشتهي DNA ميشوند. هر باز آلي يك رشته با باز آلي بالايي خود در همان رشته، پيوند واندروالسي برقرار ميكند. در نتيجه، بازهاي آلي بهخوبي درون اين مولكول در كنار هم و روي هم جاي ميگيرند. با مارپيچي شدن DNA بازهاي آلي از مولكولهاي آب دور ميمانند. بنابراين، آرايش مارپيچي باعث پايداري مولكول DNA ميشود.
آرايش بازهاي آلي و ستونهاي استواري DNA را ميتوانيم به آرايش مولكولهاي فسفوليپيد در ساختمان غشاي سلول مقايسه كنيم. مولكولهاي فسفوليپيد نيز چونان مولكول DNA داراي دو بخش آبدوست(گروه فسفات) و آبگريز(رشتههاي هيدروركبني) هستند. غشاي سلول از دولايه از اين مولكولها درست شده است، به اين صورت كه رشتههاي هيدروكربني به درون غشا و سرهاي آبدوست(گروههاي فسفات) به بيرون و درون سلول(محيط آب) آرايش ميگيرند. اين آرايش باعث پايداري ساختمان غشاي سلول ميشود.
ریزچشمک (اوماتیدی، اوماتیدیوم) به هر واحد بینایی چشم مرکب در حشرات میگویند.
چشم های مرکب :
چشم مرکب در سخت پوستان و حشرات وجود دارد . سطح خارجی هر چشم مرکب ، همانند یک الماس ، دارای سطوح فراوانی است . هرسطح در حقیقت قرنیه محدب یکی از واحدهای بینایی چشم مرکب است که اوماتیدی نام دارد . تعداد اوماتیدی های تشکیل دهنده هر چشم مرکب ، بسته به گونه جانور متفاوت است . برای مثال ، چشم مرکب برخی از سخت پوستان فقط 20 اوماتیدی دارد ، در حالی که چشم سنجاقک دارای بیش از 28000اوماتیدی است .
بخش های نوری هر اوماتیدی شامل یک عدسی محدب الطرفین و یک مخروط کریستالی (crystalline cone ) است . این ساختارها نور را بر روی سلول های گیرنده نوری که سلول های شبکیه ای (Retinular cells) نامیده می شوند ، متمرکز می کنند . غشای این سلولها نسبت به نور حساس بوده و متشکل از ریز پرزهای حاوی ردوپسین ( رنگیزه نوری موجود در سلولهای گیرنده نوری است که پس از برخورد نور ، تغییر کرده و منجر به ایجاد پیام عصبی می شود ) است . غشای سلولهای شبکیه ای مجاور هم ، ممکن است به یکدیگر جوش خورده و اندام میله مانندی را به نام رابدوم (Rhabdome ) تشکیل دهند که نسبت به نور حساس است .
چشم های مرکب نمی توانند شکل اشیا را به خوبی تشخیص دهند . اگر چه سیستم عدسی هر اوماتیدی می تواند تصویر کوچک و معکوسی را تشکیل دهد ، اما شواهد اندکی نشان می دهند که جانور آن ها را به صورت تصویر تشخیص می دهد . در عین حال ، همه اوماتیدی ها با هم ، یک تصویر مرکب یا موزائیکی را پدید می آورند . هر اوماتیدی با جمع آوری نور از بخش کوچکی از میدان دید جانور ، در حقیقت میانگین نوری را که به آن بخش برخورد می کند جمع آوری می نماید . کنار هم قرار گرفتن این نقاط ، یک تصویر موزائیک مانند را بوجود می آورد .
چشم بندپایان معمولا با شدت های مختلف نور تطابق می یابد . پوششی از سلول های رنگدانه دار ، هر اوماتیدی را در بر می گیرد . این رنگدانه های محافظ ، هم در سلول هایی که سلول های عنبیه ای خوانده می شوند و هم در سلول های شبکیه ای وجود دارند. در حشرات شب پرواز و حشراتی که در نور کم پرواز می کنند و بسیاری از سخت پوستان ، رنگدانه ها می توانند در طول یک سلول به سمت راس یا قاعده آن حرکت کنند . هنگامی که رنگدانه ها در راس سلول پخش شوند ، هر اوماتیدی از سلول مجاور خود به وسیله پوششی از رنگدانه ، جدا شده وفقط پرتوهای نوری که مستقیما از محور نوری ان وارد شوند ، قادر به تحریک سلول های گیرنده خواهند بود . در حالی که اگر رنگدانه ها در قاعده سلول تجمع یابند ، پرتوهای نوری وارد شده به چشم می توانند از چندین اوماتیدی گذشته و واحد های شبکیه ای متعددی را تحریک کنند . در نتیجه در نور کم ، حساسیت چشم ها افزایش می یابد و در نور شدید ، از صدمه دیدن چشم ها جلوگیری می شود . جابجایی رنگدانه ها در حشرات ، توسط اعصاب و در سخت پوستان توسط هورمون ها کنترل می شود . در برخی از جانداران نیز این حرکات به صورت ریتم روزانه تنظیم می شوند .
هرچند چشم مرکب فقط می تواند تصاویر مبهمی از اشیاء فراهم کند ، اما در عوض قادر است نوسانات دارای فرکانس بالا را تشخیص دهد . مگس ها می توانند تا 265تصویر در ثانیه را از یکدیگر تفکیک نمایند ، در حالی که چشم انسان می تواند فقط 45تا53 تصویر در ثانیه رااز هم تفکیک کند . نورهای نوسانی با فرکانس بالاتر از این حد ، توسط چشم انسان ، به یکدیگر پیوسته وبه صورت نور پیوسته و واحدی دیده می شوند . لذا ما نور ساطع شده از لامپ های معمولی را نوری ثابت و مداوم می بینیم و حرکات تصاویر سینما نیز یکنواخت و پیوسته به نظر می رسند . در حالی که برای یک حشره ، نور لامپ ها و تصاویر سینما به طور بسیار مشخص و فاحشی منقطع هستند . به این ترتیب حشرات می توانند کوچک ترین حرکت شکار یا دشمن خود را به سرعت تشخیص دهند . چشم مرکب یکی از مهمترین سازش های بندپایان با شیوه زندگی خاص آن هاست . چشم های مرکب از نقطه نظر دیگری نیز باچشم های ما تفاوت دارند . این نوع چشم ها طول موج های قرمز تا فرا بنفش را به خوبی تشخیص می دهند . به این ترتیب یک حشره می تواند نور فرابنفش را به خوبی ببیند و رنگ های دنیای یک حشره با دنیای ما تفاوت زیادی خواهند داشت . از آنجایی که گل ها ، نور فرابنفش را به مقادیر متفاوت منعکس می کنند ، گل هایی که از نظر ما همگی یک رنگ هستند ، از نظر یک حشره کاملا با یکدیگر تفاوت خواهند داشت .