DomůVýtvarné uměníArchitekturaLiteratura, film, fotografieHudbaCestováníTuristikaPřírodaVěda a zdravíVěda a technikaSexO všem možnémO násOblíbené blogy



Johann Gregor Mendel - od křížení hrachu k heuristikám

13. května 2013 v 0:01 | Miloš |  Věda a technika
Johann Gregor Mendel (1822-1884) je všeobecně znám jako "otec genetiky" a svým působením v Brně. Pokud se chci dostat městskou dopravou do centra nebo na nádraží, musím přestupovat na Mendlově náměstí, kde se uprostřed mezi svatostánkem věřících, bazilikou Nanebevzetí Panny Marie, a naopak velmi světským pivovarem Starobrno v areálu augustiniánského kláštera nachází jeho muzeum, a navíc se odtud naskýtá pěkný pohled na hrad Špilberk.



Do muzea jsem po delší době znovu zavítal. Uvnitř se nesmí nic fotografovat, jen jeho portrét na chodbě, ten je však za sklem, na němž se odráží okolní prostředí, proto jsem ho raději naskenoval z brožury Gregor Johann Mendel - člověk, opat a vědec, vydané Masarykovou univerzitou. Mendelova socha kdysi stávala na náměstí, ale během socialismu byla přestěhována do klášterní zahrady a tam už zůstala. Tehdy asi nebylo únosné příliš zviditelňovat církevního představitele, dnes se tím sníží riziko, že se na něm vydovádí sprejeři.



Mendel se narodil v malé vsi Hynčice na Broumovsku a po maturitě na gymnáziu v Opavě studoval na Filozofickém ústavu v Olomouci a teprve poté se dostal do Brna, když (částečně i z důvodu hmotné nouze) vstoupil jako řeholník do zmíněného kláštera.
V 26 letech dokončil studium teologie, jeho víra mu ale nijak nebránila se zajímat o vědecké poznání a osvícený opat kláštera Cyril Napp mu umožnil 3-leté studium na vídeňské univerzitě, kde se zaměřil na matematiku, fyziku a přírodní vědy a mezi jeho učitele patřil i věhlasný fyzik Christian Doppler.
Není proto divu, že při svých toulkách Vídní jsem poblíž mostu Floridsdorf objevil Mendelův památník.



Mendela nejvíce zajímalo šlechtění a křížení rostlin. K pokusům si vybral hrách, protože je samosprašný (květ může opylovat sám sebe), a z jejich výsledků, kdy vypozoroval jistou pravidelnost znaků (jako jednoznačně odlišitelné vybral 7 znaků: tvar a zbarvení semen, barvu květu, tvar a zbarvení lusku, postavení květu a délku stonku - viz obrázek z Wikipedie), dospěl k formulaci základních principů dědičnosti. Výsledky prezentoval jako řádky čísel a spárovaných písmen a, b, c, A, B, C, kde velká písmena představovala dominantní znaky. Velmi mu v tom pomohly znalosti kombinatoriky a statistiky ze studia ve Vídni.
Zabýval se také včelařstvím, jeho pokusy o křížení včel však byly neúspěšné, šlechtil i ovocné stromy (např. jabloně) a také byl zakládajícím členem Meteorologické společnosti.
Je samozřejmé, že Mendelovy pokusy nebyly motivovány jen vědeckým bádáním, ale i snahou zvýšit výnosy plodin či včelího medu.
Po smrti opata Nappa byl Mendel r. 1868 zvolen jeho nástupcem.

Mendel byl psychicky hodně labilní, dvakrát selhal při zkouškách získat kvalifikaci učitele a učil pak jen jako suplující pedagog. Za svého života se také marně snažil prosadit v odborných kruzích botaniků, prof. Carlo Nägeli z mnichovské univerzity, kterému Mendel o svých pokusech a výsledcích psal, zřejmě i z prestižních důvodů se k nim stavěl odmítavě. Až začátkem 20. století, dlouho po Mendelově smrti, se díky překladu Williama Batesona do angličtiny Mendelovým pracím dostalo širší publicity a kromě Batesona i další vědci (Hugo de Vries, Carl Correns a Erich Tschermak) potvrdili platnost Mendelových závěrů a označili ho za otce genetiky.

R. 1944 O. Avery, C. MacLeod a M. McCarthy přišli na to, že u lidí je nositelem dědičné informace DNA (deoxyribonukleová kyselina) a další vědci pak odhalili její dvoušroubovicovou strukturu a rozluštili její kód.

Pro mě je však ještě zajímavější to, že r. 1975 John Holland napsal knihu Adaptation in Natural and Artificial Systems, kde inspirován Darwinovou teorií přirozeného výběru a Mendelovými zákony genetiky formuloval princip genetického algoritmu jako nástroje k nalezení přibližného řešení úloh, které při "větším" počtu vstupních údajů nejsou zvládnutelné v "rozumném" čase. Takových úloh je několik set. Genetický algoritmus patří mezi stochastické heuristické metody - stochastické proto, že řada jejich kroků používá náhodné operace, heuristické podle Archimedova zvolání Heureka! (Objevil jsem, přišel jsem na to), když ho ve vaně napadl jeho zákon o velikosti síly, kterou je vytlačováno těleso ponořené do kapaliny.

Alespoň jeden příklad - problém obchodního cestujícího (Travelling Salesman Problem) - obchodník má rozvést objednané zboží svým zákazníkům a vrátit se do výchozího místa tak, aby délka celkové trasy (případně čas nebo náklady na ni) byla minimální. Úloha má spoustu jiných vyjádření, např. minimalizovat součet délek posunů ramene manipulačního robotu při montážní činnosti. Zdánlivě nic složitého, vyzkoušíme všechna různá pořadí, a to, které délku trasy minimalizuje, použijeme. Jenže pro n míst máme 1.2.3. … .n = n! (n faktoriál) různých pořadí a jen pro 20 míst by procesor s frekvencí 3 GHz počítal několik let, a to by určitě nikdo tak dlouho na výsledek nechtěl čekat. Pro 50 míst by s výpočtem nebyl hotov dnešní nejlepší počítač, i kdyby začal už v době, kdy tu ještě žili dinosauři.
V genetickém algoritmu se počítá s populací neměnné velikosti 50 až 200 jedinců (ve zmíněné úloze jsou tvořeny různými posloupnostmi měst, v genetické terminologii tyto posloupnosti představují chromozomy a jednotlivá města geny), z níž se např. turnajovým výběrem určí dvojice, na kterou se aplikuje operace křížení, jejímž výsledkem jsou dva noví jedinci ("potomci"), do nichž jsou promítnuty vlastnosti obou rodičovských jedinců, z důvodu zvýšení diversity (rozmanitosti) genetického materiálu jsou následně podrobeni operaci mutace a nakonec v rodičovské populaci nahradí 2 jedince (ne nutně rodiče, nejčastěji náhodně vybrané podprůměrné jedince). Tento postup se opakuje, dokud se nevyčerpá předem stanovený počet iterací, nebo se nezjistí, že v "delší" řadě po sobě jdoucích iterací nejlepší řešení (jedinec, kterému v populaci odpovídá nejkratší délka trasy) se nemění. Výpočet nezaručuje nalezení optimálního řešení, které ani neznáme, ale dá se předpokládat, že je jeho dobrou aproximací. Metody tohoto typu se proto řadí do oblasti soft computing.

A tak Mendlovo učení o genetice a dědičnosti má význam nejen v botanice, zemědělství, lékařství, …, ale našlo využití i v aplikované matematice a výpočetní technice.
 

4 lidé ohodnotili tento článek.

Komentáře

1 Čerf | E-mail | Web | 13. května 2013 v 1:12 | Reagovat

Velmi chytrý pán! Mně zase zaujal jeho dochovaný detailní popis pozorování "tornáda".

2 Zuzana | 13. května 2013 v 1:23 | Reagovat

Milosi, jen mala technicka na okraj. Nechci z toho delat vedu, ale vsimla jsem si - a uz se stalo mockrat, ze se lidi obraci jako na autora pokud je o moje vlastni clanky. Mozna by meli autori byt vyrazneji oznaceni, je docela mozne, ze prolozeneho podpisu, jenz se zarovn nachazi pod stejne prolozenym textem, si proste nevsimnou.

Jinak pevne verim, ze doma dopadlo vsechno dobre a zdravim.

3 King Rucola | E-mail | Web | 13. května 2013 v 7:38 | Reagovat

Ohromne! Priznavam, ze som o tom nic nevedel a hned som si to splietol s Mendelejevom a jeho tabulkou!

Trochu od veci ale tiez dost zaujimave: Na ZDF (druhy nemecky program televizie) sutazil clovek, ktory behom sekund vypocital napr. 81 na 17, a podobne. Mozno ten by tie faktroy vypocital, oder? :-D

Velmi zaujimavy a poucny clanok! Thanks.

4 Miloš | Web | 13. května 2013 v 8:28 | Reagovat

[1]: O tom jsem neslyšel, nemáš nějaký odkaz?
[2]: Zuzano, tandemový seskok dopadl dobře, skáče se ze 4 km, kde je teplota kolem nuly, viditelnost zpočátku nebyla nejlepší, protože skočili do mraků, výhled se otevřel až ve spodní polovině asi 10-minutového pádu. Teď prý (po menším zaškolení) už může skákat sám, s tím zatím nepřišel. ;-)
K zmatení autorů si myslím, že může dojít jen z nepozornosti, jak teď vidím, se to asi podařilo Ivet. V tomto případě je to zvlášť úsměvné, protože na jídlo jsem obzvláštní expert, umím zalít vodou čaj v sáčku a kávu a tím to končí. Snad bude stačit na to v případě omylu upozornit v komentáři.

[3]: V jedné publikaci jsem četl, že nepochopení Mendela mělo původ i v nepřehledém způsobu jeho výkladu a prezentace výsledků a speciálně to uváděli v protikladu k přehledností tabulky Mendělejevovy periodické soustavy prvků.

5 Jarka | Web | 13. května 2013 v 9:14 | Reagovat

Čtení o Mendelově životě bylo zajímavé, ale konec článku byl pro mě tak náročný, že se přiznávám bez mučení, že vím, že nic nevím. 8-O  :-D

6 Zuzana | 13. května 2013 v 16:26 | Reagovat

Jsem moc rada, ze to dobre dopadlo, Milosi. Pokud jde o zameny autoru, chapala bych to lepe u nahodnych navstevniku. U blogaru, kteri si sami uplatnuji na svych strankach autorska prava uz takovou roztrzitost chapu min -zvlast, kdyz se ty zameny deji opakovane.
Nejde o jesitnost, jde o to, ze kazdy autor chce byt rozpoznan jako autor a pise sve clanky za sebe.

K vasemu clanku jen to, ze se mi zda byt dobry, ctivy a zajimavy jako vsechny vase clanky. Nic konkretniho k tomu mit nemohu, mate mnohem vic informaci nez ja.

7 Robka | E-mail | Web | 13. května 2013 v 21:27 | Reagovat

Klobouk dolů, Miloši, takový článek bych si dovedla představit i v nějakém odborném časopise. A přiznám se bez mučení, že o Mendelovi jsem měla také jen velmi chabé ponětí, takže jsem ráda, že se tu pokaždé dozvím něco zajímavého.
Co se týče autorství článku, myslím, že není problém si přečíst, čí výtvor čtu. Já osobně se vždycky dívám a všimla jsem si, že se se Zuzanou střídáte. Každý z vás má navíc svůj styl psaní a typ článků. :-)

8 Miloš | Web | 13. května 2013 v 22:48 | Reagovat

[3]: Mně také není jasné, jak by se dalo něco takového z hlavy vypočítat. Nanejvýš lze odhadnout řád.

[5]:[6]:[7]: Řekl jsem si, že bych mohl alespoň jednou sem dát něco trochu odbornějšího (proto ta "populárně-vědecká" forma v závěrečné části článku) s ne sem jen dávat neumělé fotky z cest. ;-)

9 Pižlík | Web | 14. května 2013 v 11:10 | Reagovat

Já zase neměla brýle a četla Hegel. Strašně jsem se divila, protože mi to nešlo s filozofováním dohromady.
O Mengelovi jsem nečetla, až tady u tebe, je to zajímavé. Musel to být neuvěřitelně chytrý člověk. :-)

10 Pižlík | Web | 14. května 2013 v 11:11 | Reagovat

[9]: NO nazdar, já z Mendela ještě udělám Mengeleho.

11 Miloš | Web | 14. května 2013 v 11:59 | Reagovat

[10]: Kdybychom chtěli být cyničtí, tak Mengele možná také na Mendela navazoval, jen nedělal pokusy na rostlinách, ale na lidech.
Němci měli jakýsi program "šlechtění lidí", aby se rodily jen ideální árijské typy, jen nevím, zda i tohle měl na svědomí Mengele, on své pokusy prováděl zřejmě jen s vězněnými lidmi v koncentračních táborech.

12 Ivet | 14. května 2013 v 18:13 | Reagovat

[4]: Náhodou, já jsem si moc dobře všimla, že to psala Zuzka, protože ty jsi CESTOVATEL a Zuzka je zaměřená na jiné oblasti. Už mě nechte, nebo sem už nikdy nepříjdu!!! :-D  :-D

13 Ivet | 14. května 2013 v 18:18 | Reagovat

[6]: Zuzano já si NIC nepopletla a Miloš nepochopil moji narážku na jeho komentář č. 7, kde popisoval jídlo, bažanty a já nevím co...,

Omluvila jsem se, že jste mě VY nepochopili (oba)... a už o tom nepište, jsou určitě hezčí věci k psaní, jako třeba ty vaše zdravotní články, ty se mi vždycky moc líbí, ale komentovat si je netroufám, jsou moc odborné! ;-)

14 Miloš | Web | 14. května 2013 v 18:44 | Reagovat

[12]:[13]:Ivet, Zuzanin komentář je ze stejné doby jako u jejího článku a tam už se to vysvětlilo.
Mně by ani nevadilo, kdyby sis Zuzaniny články pletla s mými, já bych na tom jen vydělal, bohužel je rozeznáváš, tak musím zůstat na svém.
Stav se kdykoliv, i díky tobě se Zuzanin článek o sexu, mobilech a infarktech vyšplhal na rekordních 48 komentářů.
A zase slož nějakou vtipnou báseň, ty vždy pobaví.

15 Zuzana | 14. května 2013 v 19:08 | Reagovat

Ivet, ja myslela, ze moji omluvou pod mym clankem to uz skoncilo, vimnete si, prosim, ze i ja jsem se omluvila - vic uz pro to udelat nemuzu.
K Milosovu komentari c.7: Milos celkem vystizne prirovnal prostreny stul na rautu ( jeseter, kvetiny, skvostne zakusky, vse nadherne aranzovano) a nasledny binec na stole pote, co se na to vrhli hoste na recepci, k umeleckemu efektu popisovanemu v mem clanku. Z jeho komentare vsak temer jiste nemuzete vycit jeho postoj k jidlu samotnemu, ba ani jim preferovany a uskutecnovany zpusob stolovani, (spise z nej vyplyva jeho postoj k umeni), takze vase reakce byla opravdu pro mne dost nepochopitelna.
Nikdo vas z niceho nevini ( nemuzete samozrejme ani za to, ze jsem vas vzkaz Milosovi nepochopila).
Ted je jasne, ze k clanku jste nemela nic, slo vam o to poskadlit Milose a udelala jste to zpusobem me nesrozumetelnym, coz neni vase vina. To je vsechno. Proc byste kvuli tomu nemela navstevovat blog to uz nechapu vubec. Zdravim velmi srdecne!

16 Ivet | 14. května 2013 v 19:23 | Reagovat

[15]: To byl   h u m o r  , který u mě Miloš zná, i proto jsou tam ty dva smějící smajlící!

Nechcme to už být,obě jsme se omluvily, tak já jako určitě nejméně o 30 let starší navrhuji už klííííd - jo ? :-D

Kdyby jste někdy přišla ke mně na můj blog a četla MILOŠE komentáře, pochopila by jste, že se škádlíme od samého začátku co si tady Miloš blog založil.

Děkuji a přeji krásný večer!
FINITO v našem nedorozumnění....!

17 Bev | E-mail | Web | 17. května 2013 v 13:31 | Reagovat

Vzpomínám s láskou na hodiny biologie. Strašně mě bavilo určovat jaké potomstvo budou mít fazole nebo hrách. :D Naopak matematika pro mne byla a je neuchopitelná a nepochopitelná. Jednou jsem tak zmátla profesorku matematiky až sama vypočítala příklad na tabuli chybně a pak mě osočila(právem), že je to kvůli mně. Tím pádem v posledním odstavci věřím každému slovu, ale nějak si to nedokážu představit. :D
Zajímavé čtení. :-)

18 Helena | E-mail | Web | 17. května 2013 v 18:11 | Reagovat

Já už jsem tady jednou byla a tento článek četla,ale proč jsem nekomentovala,nevím.
Je to moc zajímavý článek,máme v rodině postiženou holčičku,která má nevyléčitelnou nemoc.Její rodiče by chtěli druhé dítě,ale mají obavy,že by se situace opakovala.Německý parlament schválil u některých nevyléčitelných nemocí genetickou zkoušku hned v zárodku plodu a pak případně jeho odstranění. 8-)Děti s touto nemocí jsou zcela individuálně postiženi,neexistuje žádné schéma choroby pro každého postiženého.Tak jsou mezi nimi i takoví,kteří se vyučí,dokonce jsou případy,že vystudovali,a na druhou stranu jedinci,kteří jsou třeba ve dvaceti ve vývoji na úrovni 3 letého dítěte.
A tedˇ je těžké rozhodnutí,jeden takto postižený člověk,který může ale žít normální život řekl,kdyby tento zákon existoval už tenkrát,já bych tady dnes nebyl.Má to svá pro a proti. 8-)

19 Miloš | Web | 17. května 2013 v 19:21 | Reagovat

[17]: Ještěže to měla na koho svést. ;-)
To se (hlavně dřív) stávalo manželce, že když něco dělala na počítači a já jsem se podíval, jak si počíná a měl k tomu nějaké komentáře, že zazmatkovala a třeba vyskočila z programu bez uložení souboru, vždy to ale byla samozřejmě moje vina.

[18]: Život s postižením je těžkou zkouškou nejen pro postiženou osobu, ale možná ještě více pro rodiče a celou rodinu, které to převrátí život naruby.
Těžko se k tomu vyjadřuje, ale myslím si, že u případů, kde není naděje na jiný než vegetativní způsob života, je umělé přerušení těhotenství nejlepším řešením.

Zajímalo by mě, zda by bylo možné umělým zásahem do genů lidský plod nějak "vylepšit". O geneticky modifikovaných potravinách se dost mluví, ale u lidí jsem o tom neslyšel. Je to určitě i etická otázka

20 Vendy | Web | 22. května 2013 v 21:24 | Reagovat

Takže odtud vzniklo Mendlovo náměstí?
Skvělá přednáška.
Genetický kód je na mě moc spletitý, ale nejvýhodnější trasu z bodu A do zpětného bodu A, přes další body, jsem takhle počítala při jednom konkurzu na dispečerku. Byla to sranda, vybrala jsem dobře, ale stejně mě nevzali... :-?  8-)
Na kyselině deoxyribonukleové jsem si málem vylámala jazyk.

21 Vendy | Web | 22. května 2013 v 21:26 | Reagovat

O genetických kódech používaných na lidi už se před lety mluvilo, tedy hlavně v souvislosti s napravováním některých problémů. Ale aby se to nezvrtlo do klonování lidí, to by nebylo dobré. :-?
Myslím, že genetické zásahy na člověka jsou zakázané.

22 userka | E-mail | Web | 2. srpna 2015 v 23:52 | Reagovat

O genetice jsme se učili na střední a byla to asi nejzajímavější látka v biologii. Počítali jsme to hlavně na kravičkách, jestli bude telátko taky hnědý a tak :)
A ještě jsi přidal problém obchodního cestujícího! Já už nechci školu! :D o:)
Jak se teda skloňuje ten Mendel? Náměstí je Mendlovo, ale o soše píšeš jako o Mendelově... To mi vrtá hlavou.

23 Miloš | Web | 3. srpna 2015 v 8:38 | Reagovat

[22]: TSP - profesionální deformace :)

Mendel v jiném pádě? Druhé "e" by se mohlo vypustit jako v případě Mendlova náměstí, ale na druhé straně v Brně máme Mendelovu univerzitu http://mendelu.cz/.
Bez "e" to možná vyjadřuje českou verzi a s "e" německou. Analogicky jako u dvojího psaní původem anglických slov byte - bajt, manager - manažer, ...
Ale v jednom textu by to asi mělo být jednotně.

Nový komentář

Přihlásit se
  Ještě nemáte vlastní web? Můžete si jej zdarma založit na Blog.cz.
 

Aktuální články

Reklama