Een schilderij waarop Gregor Mendel te zien is bij een erwtenplant.

InterviewGenetica

Monnik Mendel evenaarde Darwin, maar bleef onbekend

Een schilderij waarop Gregor Mendel te zien is bij een erwtenplant.Beeld Bettmann Archive

De Oostenrijkse monnik Gregor Mendel deed een van de grootste ontdekkingen van de negentiende eeuw: hij zag hoe eigenschappen overerven van ouder op nageslacht. Toch stond de vader van de genetica niet altijd als zodanig bekend.

Willem Schoonen

Hij werd 200 jaar geleden geboren in Oostenrijks Silezië, en leefde en werkte in een klooster in Brünn. Brünn heet nu Brno en ligt in Tsjechië. Gregor Mendel (1822-1884) staat er nog altijd op een voetstuk. Hij is de vader van de genetica, de erfelijkheidsleer. Zijn ontdekking behoort tot de grootste van de negentiende eeuw.

Het werd destijds echter niet gezien. Het heeft tot begin twintigste eeuw geduurd voor inhoud en betekenis van Mendels wetenschap werden herontdekt, zestien jaar na zijn dood. Die verloren periode maakt dat er weinig historische bronnen zijn die kunnen vertellen hoe Mendel tot zijn erfelijkheidsleer kwam. En dus zijn er verhalen, mythes en speculaties, en vliegen genetici en wetenschapshistorici elkaar regelmatig in de haren over Mendels geschiedenis.

Dit tot ergernis van twee hedendaagse biologen, die samen op zoek zijn gegaan naar de ware geschiedenis van Mendel. De een is Peter van Dijk, werkzaam bij onderzoeksbedrijf KeyGene in Wageningen. De ander is Noel Ellis, verbonden aan het John Innes onderzoeksinstituut in het Britse Norwich. Nu de 200ste geboortedag van Mendel wordt herdacht doen ze hun verhaal, in een wetenschappelijk artikel in vakblad Nature Genetics en in dit interview.

Oude kranten

“Ik heb veel gewerkt aan de genetische eigenschappen van erwten, die Mendel ook heeft onderzocht, dus ik had een natuurlijke belangstelling voor hem”, zegt Noel Ellis. “Maar Peter is de speurneus.”

Van Dijk, die bij KeyGene plantengenetisch onderzoek doet, pluist al jaren alles uit wat hij over Mendel kan vinden. Hij prijst zich gelukkig met de digitalisering, die kranten online beschikbaar en doorzoekbaar heeft gemaakt, ook de kranten uit Mendels tijd. In lokale kranten vond Van Dijk na lang zoeken een paar zeldzame berichten over de experimenten die Mendel deed in de tuin en de kassen van het klooster.

Het is midden negentiende eeuw. Charles Darwin en Alfred Wallace hebben een kroon gezet op de biologie met de evolutietheorie, die laat zien hoe biologische soorten zich ontwikkelen door variatie, overerving van eigenschappen en aanpassing aan de leefomstandigheden. Dat eigenschappen overgaan van ouder op nageslacht is bekend, niet alleen in de natuur, maar ook op de akker en in de veestal. Maar hoe dat precies in zijn werk gaat, is een mysterie. Darwin heeft geschreven over de variatie bij (landbouw)huisdieren en gekweekte planten, maar van genetica heeft hij geen idee. Al speculerend belandt de grote bioloog zelfs op een verkeerd spoor (zie kader onderaan dit artikel).

De augustijner monnik Gregor Mendel begint in die jaren een hele reeks proeven met erwtenplanten, waarmee hij uiteindelijk de grondwetten van de genetica ontdekt (zie figuur hieronder).

figuur 1 Beeld Bart Friso
figuur 1Beeld Bart Friso

De proeven met erwtenplanten van Mendel

Met kruisen en volhardend rekenwerk legde Gregor Mendel de basis voor de erfelijkheidsleer. Iedere inleiding in de genetica begint met zijn wetten.

Het simpelste geval (figuur 1) is de overerving van één eigenschap, hier de kleur van de erwt: geel of groen. Zoals iedere genetische eigenschap komt deze in tweevoud voor op het chromosoom van de erwt.

Geel is dominant, groen is recessief, zoals dat heet. Als je een ouderplant met uitsluitend genen voor geel kruist met een ouderplant die alleen genen heeft voor groen, dan zijn de nakomelingen allemaal geel. Het gen voor groen wordt wel overgeërfd maar komt niet tot expressie omdat het recessief is; het wordt door geel overstemd.

Echter, als je nu de nakomelingen met elkaar kruist, zijn er vier mogelijke genencombinaties in de volgende generatie. En één daarvan levert groene erwten op. Mendel bewees die ijzeren getalsverhouding in de tweede generatie nakomelingen: 3 geel op 1 groen.

figuur 2 Beeld Bart Friso
figuur 2Beeld Bart Friso

De volgende stap (figuur 2) is de overerving van twee eigenschappen: de kleur van de erwt en zijn vorm: geel of groen, rond of rimpelig. Geel is dominant. Rond is dominant. Begin je weer met twee ouderplanten die zuiver zijn in deze genetische eigenschappen (een rimpelige gele en een ronde groene), dan zijn de nakomelingen van de eerste generatie opnieuw identiek: rond geel.

Maar omdat recessieve eigenschappen ook worden overgeërfd duiken er in de volgende generatie vier verschillende varianten op: rond geel, rond groen, gerimpeld geel en gerimpeld groen. En weer zag Mendel in zijn kweekbakken een ijzeren getalsverhouding tussen die varianten: 9:3:3:1.

Van Dijk: “Mendels belangrijkste publicatie, uit 1866, is een nauwgezet verslag van zijn proeven met erwtenplanten. Een moderne publicatie, heel systematisch, ongebruikelijk voor die tijd. Daarin laat hij precies zien hoe hij tot zijn verklaringen komt. Maar dat is een wetenschappelijk verslag van vele jaren werk. We hebben geen labjournaals van Mendel die laten zien hoe zijn denken zich ontwikkelde, en er zijn maar enkele brieven van zijn hand.”

Genetici wilden graag geloven dat Mendel de theorie al in zijn hoofd had en dat hij met de erwtenexperimenten begon om de theorie te bewijzen. Dat beeld klopt niet, zeggen Van Dijk en Ellis. Mendels plantenonderzoek had in het begin praktische doelen. Hij dacht aan de verbetering van gewassen: meer voedingswaarde en betere bestandheid tegen ziekten. “Tijdens de praktische veredeling vielen hem waarschijnlijk patronen op in de overerving van zaadkleur, die hij uit nieuwsgierigheid verder is gaan onderzoeken”, zegt Van Dijk.

De ontdekking van genen

De baanbrekende publicatie van Mendel had een weinig revolutionaire titel: ‘Versuche über Pflanzen-Hybriden’, ofwel: proeven met het kruisen van planten. Het woord erfelijkheid komt er niet in voor.

Ellis: “Sommige historici trekken daaruit dan weer de conclusie dat Mendel helemaal niet op zoek was naar een wetenschappelijke verklaring voor erfelijkheid. Maar dat is ook onzin. Natuurlijk was hij geïnteresseerd in het mechanisme van erfelijkheid. Hij wilde niet alleen onderzoeken in welke verhoudingen eigenschappen overerven, maar ook achterhalen hoe dat werkte.”

Het gangbare idee in de negentiende eeuw was dat eigenschappen een mengelmoes waren van ouderlijke eigenschappen, die later niet meer te scheiden waren, zoals twee kleuren verf die je hebt gemengd niet meer te scheiden zijn. Mendel ontdekte dat erfelijke verschillen tussen ouders bepaald werden door factoren die in de nakomelingen niet mengden, maar later weer konden uitsplitsen (zie figuur met uitleg). Genen, heten ze nu. Mendel noemde ze ‘elementen’.

Samensmelting van cellen

Een tweede grote doorbraak was Mendels inzicht dat cellen van twee ouders moeten samensmelten om tot nageslacht te komen. Men ging er in de negentiende eeuw van uit dat de pollenkorrel een of andere substantie bij de stamper naar binnen bracht. Het idee dat een enkele zaadcel en een enkele eicel moeten samensmelten was compleet nieuw.

Daarmee heeft de monnik een theorie op zijn naam die zeker zo belangrijk is als de evolutietheorie. Zijn genetica was het sluitstuk dat de biologie nodig had. Maar terwijl Darwin en zijn evolutietheorie wereldfaam genoten en overal werden bediscussieerd, bleef Mendel de onbekende.

Dat heeft deels te maken met zijn positie, zegt Van Dijk: “Mendel zat in het klooster, hij was geen hoogleraar, had geen groot netwerk in de wetenschappelijke wereld. Hij correspondeerde met een bevriende hoogleraar in München, maar die heeft zijn werk nooit goed begrepen. Mendel heeft wel gereisd. Hij is zelfs in Londen geweest, waar Darwin woonde. Die twee zijn elkaar tot op enkele kilometers genaderd, maar hebben elkaar nooit ontmoet.”

De vergetelheid waarin Mendel verdween heeft ook te maken met het onderwerp, zegt Ellis. Het is achteraf gemakkelijk vertellen hoe cruciaal de genetica is, maar in de negentiende eeuw was erfelijkheid niet bepaald een hot issue: “Veel wetenschappers zagen het probleem helemaal niet. Die dachten: een lange man en een korte vrouwen krijgen een lang kind, nou en? Mendel zag het, en dat maakt hem een groot wetenschapper: hij zag het raadsel en loste het op.”

Darwin had het mis

Erfelijkheid speelde een belangrijke rol in de evolutietheorie van Darwin, maar de befaamde bioloog wist niet hoe erfelijke eigenschappen worden doorgegeven. Hij had een theorie, die hij pangenese noemde, en waarin lichaamscellen van plant, dier of mens ‘gemmules’ (onzichtbaar kleine deeltjes) uitstoten waarmee eigenschappen worden doorgegeven. In Darwins theorie wordt geen onderscheid gemaakt tussen geslachtelijke of ongeslachtelijke voortplanting (in de natuur komen beide voor, in allerlei varianten). Voor de overerving was vooral van belang hoeveel gemmules er werden overgedragen. Dat is ver verwijderd van de theorie van Mendel, waarin eigenschappen worden bepaald door ‘elementen’ (genen), die van ouder op nageslacht gaan. En een enkel gen kan bepalend zijn voor een eigenschap.

In een van zijn publicaties merkte Darwin op dat er voor het bevruchten van de eicel van een plant vele pollenkorrels nodig waren. Peter van Dijk en Noel Ellis hebben in een recente publicatie, in vakblad Heredity, laten zien hoe Gregor Mendel daarop reageerde. Want de Oostenrijkse monnik kende die publicatie. Speculatie, vond Mendel het. Hij wist uit zijn eigen erwtenonderzoek dat Darwin het bij het verkeerde eind had.

Mendel kon aantonen dat één pollenkorrel volstond voor bevruchting. En het tekent de systematische wetenschapper Mendel dat hij besefte dat dat niet genoeg is, zeggen Van Dijk en Ellis. Hij moest ook aantonen dat bevruchting door meerdere pollen helemaal niet kán.

Mendel werd in die periode geplaagd door een oogaandoening die hem het werken nagenoeg onmogelijk maakte. Hij kon niet wáchten om de experimenten te doen die Darwins ongelijk zouden bewijzen.

null Beeld Bart Friso
Beeld Bart Friso

De opzet van dat experiment is te zien in bovenstaand figuur. Mendel zou Mirabilis-soorten nemen met verschillende kleuren bloemen. Anders dan bij de kleuren van erwten is dit geen of-of eigenschap; bloemkleuren kunnen bij kruisen worden gemengd. Dus als je een eicel van een rode Mirabilis bevrucht met pollen van een gele, dan krijg je een nakomeling met oranje bloemen. Kruis je haar met pollen van een witte Mirabilis, dan krijg je donkerroze bloemen. Als het mogelijk zou zijn dat geel én wit beide tegelijk een eicel van rood bevruchten, dan zouden er lichtroze bloemen uit de grond moeten komen.

Mendels verslag van dit experiment is verloren gegaan. Maar het lijdt geen twijfel wat de uitkomst is geweest, zeggen Van Dijk en Ellis: die lichtroze Mirabilis komt niet. Bevruchting van een eicel door meerdere zaadcellen (polyspermie) komt in de natuur wel voor, weten we inmiddels, maar is extreem zeldzaam. Het is de uitzondering. Mendel liet de regel zien, en toonde Darwins ongelijk aan.

Lees ook:

Een nieuwe evolutietheorie laat zien dat hij niet op toeval berust

Toeval zit in het hart van de evolutietheorie; ze is willekeurig. Ten onrechte, zegt bioloog Adi Livnat. Hij laat met zijn nieuwe evolutietheorie zien waarom, en lost meteen een klassiek raadsel op: seks.

Wilt u iets delen met Trouw?

Tip hier onze journalisten

Op alle verhalen van Trouw rust uiteraard copyright.
Wil je tekst overnemen of een video(fragment), foto of illustratie gebruiken, mail dan naar copyright@trouw.nl.
© 2022 DPG Media B.V. - alle rechten voorbehouden