Vor 150 Jahren präsentierte Gregor Mendel die Resultate seiner Kreuzungsversuche an Erbsen In einem Klostergarten nahm ein wichtiges Kapitel der Wissenschaft seinen Anfang: Dort kreuzte der Mönch Gregor Mendel Erbsensorten – und leitete aus seinen Ergebnissen Grundregeln der Genetik ab.

Gregor Mendel in einer undatierten Portraitaufnahme. (Bild: akg)

Mitte des 19. Jahrhunderts: Die Begriffe Genetik, Chromosom und Gen existieren nicht. Einflussreiche Botaniker verneinen die Sexualität der Pflanzen. Diejenigen, die sie nicht infrage stellen, nehmen (vereinfacht ausgedrückt) an, dass sich elterliche Merkmale bei Tieren wie auch Pflanzen wie zwei Flüssigkeiten vermischen. So auch Charles Darwin, dessen 1859 erschienenes Werk «Die Entstehung der Arten» die Biologie revolutionierte. Dass ein Augustinerpater diese Theorie umkrempeln sollte, erwartete damals niemand – und tatsächlich dauerte es Jahrzehnte, bis die Ergebnisse des Paters Gregor Mendel als Mendelsche Regeln Eingang in die Biologie erlangten.

Erbsen im Klostergarten

Mendel kam am 22. Juli 1822 in dem damals zu Österreich gehörenden Ort Heinzendorf zur Welt, dem heutigen tschechischen Dorf Vrazné. Seine Eltern tauften ihn Johann, den Namen Gregor erhielt er erst später, beim Eintritt ins Kloster. Sein Vater bewirtschaftete einen kleinen Bauernhof. Schon als Kind begeisterte sich Mendel für die Natur. Dafür sorgten sein Vater und ein unkonventioneller Dorfpfarrer, der die Kinder nicht nur in Religion unterrichtete, sondern ihnen in einem Schulgarten auch das Pfropfen und Okulieren von Obstbäumen beibrachte. Zudem vermittelte er den Kindern die Bedeutung der Bienen für den Obstbau. Von daher rührt wohl die Begeisterung Mendels für die Bienen, die sein Leben lang anhielt.

Da Mendel in der Volksschule mit guten Noten glänzte, setzte sich sein Lehrer bei den Eltern dafür ein, dass er ans Gymnasium konnte. Doch das Geld war knapp; und obwohl er Nachhilfeunterricht erteilte und von einer seiner zwei Schwestern finanziell unterstützt wurde, reichte es kaum zum Überleben. Geldsorgen begleiteten Mendel auch während seines zweijährigen Studiums am Philosophischen Institut der Universität Olmütz. Erst der Eintritt als Novize in die Augustinerabtei des Klosters St. Thomas in Alt Brünn, dem heutigen Brno, befreite Mendel von ihnen.

Das Kloster war ein kulturelles Zentrum und besass eine grosse Bibliothek. Die Patres widmeten sich der Wissenschaft und unterrichteten an Schulen. Im Jahre 1843 begann Mendel ein Theologiestudium, 1847 wurde er zum Priester geweiht. Der Abt des Klosters, der seine Neigung zur Wissenschaft förderte, schickte ihn auf Kosten des Klosters an die Universität in Wien, wo er unter anderem die Fächer Mathematik, experimentelle Physik, Naturgeschichte sowie Anatomie und Physiologie der Pflanzen belegte. Dass er die Lehramtsprüfung fürs Gymnasium zweimal nicht bestand, tat seiner Beliebtheit als Lehrer keinen Abbruch. Zwischen 1854 und 1868 unterrichtete er als Lehrer an der Oberrealschule in Brünn, was ihm nach eigenem Bekunden grosse Freude bereitete.

Im Jahre 1856 begann Mendel, der den Klostergarten betreute, unterschiedliche Erbsensorten miteinander zu kreuzen und seine Ergebnisse penibel zu protokollieren. Es ging darum, herauszufinden, wie sich Eigenschaften in den Nachkommen wieder zeigten und ob dies nach gewissen Gesetzmässigkeiten ablief. Die Gartenerbse hatte er als Versuchspflanze ausgewählt, weil sie schnell wächst und gut unterscheidbare Merkmale besitzt. Die vom Abt unterstützten Versuche hatten einen praktischen Hintergrund: Das Kloster belieferte nämlich die Bierbrauereien der Gegend mit Getreide. Diese waren daran interessiert, dass das Korn bestimmte Eigenschaften aufwies – und man hoffte, dass Mendels Ergebnisse bei der Getreidezucht helfen könnten.

Inspiriert zu seinen Versuchen wurde Mendel von Forschern, die vor ihm mit Hybriden, also aus Kreuzungen verschiedener Sorten hervorgegangenen Pflanzen, experimentiert hatten, allen voran der Botaniker Karl Friedrich von Gärtner (1772–1850). Dieser hatte bereits ähnliche Versuche durchgeführt. Die Anzahl der Pflanzen, die er beobachtete, war aber zu klein, um schlüssige Regeln ableiten zu können. Mendel dagegen wertete über 10 000 Pflanzen aus. Er zeichnete in einer langen Versuchsreihe eine Unmenge an Daten akribisch auf, analysierte sie mit mathematisch-statistischen Methoden und zog daraus seine Schlüsse. Dieser methodische Ansatz war für seine Zeit eher ungewöhnlich: Beeinflusst haben ihn hier vermutlich seine Kenntnisse in experimenteller Physik.

Die Mendelschen Regeln

Gartenerbsen sind primär Selbstbestäuber. Um dies zu verhindern, entfernte Mendel bei der Elterngeneration alle Staubblätter der Blüten. Zudem stellte er mithilfe von Papiertüten, die er über die Blüten stülpte, sicher, dass auch kein fremder Pollen auf diese gelangte. Anschliessend bestäubte er die Blüten selbst – mit Pollen von von ihm ausgewählten Pflanzen. Die nachfolgenden Generationen überliess er der Selbstbestäubung. Dann protokollierte er, wie häufig in den Nachfolgegenerationen bestimmte Varianten von Samen, Schoten, Blüten und Stengeln auftraten.

Mendel stellte fest, dass die von ihm untersuchten Merkmale bei der ersten Nachkommengeneration jeweils einheitlich waren: Also beispielsweise alle Blüten rot waren, obwohl nur ein Elternteil rot, der andere aber weiss blühte. Diesen Befund beschreibt die Mendelsche «Uniformitätsregel». Sie galt nur in der ersten Generation: In der zweiten Nachkommengeneration tauchte die weisse Farbe wieder auf. Im Durchschnitt fand Mendel jeweils eine weisse auf drei rote Blüten. Dies wurde als zweite Mendelsche Regel, als «Spaltungsregel», bekannt.

Mendel schloss aus diesen Befunden, dass in den Pollen und Eizellen der Blüten jeweils eine Erbinformation für jedes Merkmal vorhanden sein musste. Diese wurde unverändert als Einheit über die Generationen weitergegeben, obwohl sie nicht immer sichtbar wurde. Heute kennen wir diese Einheiten als Gene. Mendel beobachtete einen Erbgang, an dem dominante und rezessive Merkmale beteiligt waren: Die dominante rote Farbe setzte sich gegenüber der rezessiven weissen durch.

In anderen Experimenten verfolgte Mendel zwei Merkmale gleichzeitig: etwa die Farbe und Form der Samen. Wie in der Elterngeneration waren in der ersten Nachkommengeneration alle Samen gelb und rund. In der zweiten spalteten sich die Merkmale dann im Verhältnis 9:3:3:1 auf: Neun Samen waren gelb und rund, drei grün und rund, drei gelb und runzlig, und einer war grün und runzlig. Hieraus schloss Mendel, dass die einzelnen Merkmale unabhängig voneinander weitergegeben werden («Unabhängigkeitsregel»).

Seine Ergebnisse trug Mendel erstmals am 8. Februar 1865 vor, an einem Treffen der Naturforschenden Gesellschaft Brünn. Seine Ausführungen stiessen auf wenig Interesse. Auch die 1866 erschienene schriftliche Fassung seiner Forschungsarbeit mit dem Titel «Versuche über Pflanzenhybriden», fand wenig Beachtung. Dies, obwohl er sie an 40 führende Biologen verschickt hatte. Immerhin entspann sich mit dem damals europaweit führenden Botaniker Carl Wilhelm von Nägeli ein jahrelanger Briefwechsel. Nägeli wirkte als Dozent an der ETH und später lange Zeit an der Universität München. Aber auch er erkannte die Bedeutung von Mendels Arbeit nicht.

Mendel hingegen, so ist es überliefert, blieb optimistisch. So wird ihm der Ausspruch «Meine Zeit wird kommen» nachgesagt. Er führte seine Forschungsarbeit fort, unter anderem auf Anraten Nägelis, mit dem Habichtskraut. Dieses folgte anderen Gesetzmässigkeiten als die Gartenerbse, wie Mendel herausfand. Ausserdem versuchte er sich in Bienenzucht und widmete sich Astronomie und Meteorologie. Im Kloster war er beliebt und wurde im Jahre 1868 zum Abt gewählt. Für die Wissenschaft fand er von da an fast keine Zeit mehr. Die Anerkennung seiner Forschung erlebte er nicht mehr: Er starb 1884 im Alter von 62 Jahren.

Spät wiederentdeckt

Bestätigt wurden seine Arbeiten erst 1900 vom Niederländer Hugo de Vries, dem Deutschen Carl Correns und dem Österreicher Armin von Tschermak-Seysenegg. Alle drei behaupteten, unabhängig voneinander und ohne Kenntnis von Mendels Versuchen zu den gleichen Resultaten wie dieser gelangt zu sein. Dies wird heute bezweifelt.

Dass es so lange dauerte, bis Mendels Arbeit anerkannt wurde, dürfte viele Gründe haben. Neben seiner ungewöhnlichen Methodik auch, dass sein Ergebnis der damaligen Auffassung von Vererbung widersprach. Zudem stand damals laut dem Evolutionsbiologen Paul Schmid-Hempel von der ETH Zürich Darwins Theorie von der Entstehung der Arten im Mittelpunkt des öffentlichen Interesses. «Die Zeit war noch nicht reif für Mendels Vererbungslehre.» Auch habe Mendel möglicherweise zu viel Respekt vor den damals führenden Wissenschaftern gehabt, um sich zu exponieren. «Aber die simple Vorstellung, Mendel sei anderen Forschern um Jahrzehnte voraus gewesen, ist falsch», sagt Schmid-Hempel. Mendel habe bei seiner Arbeit auf Studien und Ideen anderer Forscher zurückgreifen können. «Seine Leistung bestand vor allem darin, dass er aus unzähligen Einzelbeobachtungen die Bedeutung der Zahlenverhältnisse erkannt und die richtigen Schlüsse gezogen hat.»

Nach der Wiederentdeckung seiner Arbeit entbrannte zwischen den Anhängern Darwins und Mendels eine bittere Debatte. Es dauerte einige Jahrzehnte, bis diese beiden Konzepte in einer erweiterten Evolutionstheorie, der «modernen Synthese», vereinigt wurden. Heute gilt Gregor Mendel als einer der bedeutendsten Forscher des 19. Jahrhunderts, seine Regeln bilden die Grundlage der Vererbungsgesetze – auch wenn diese, wie man heute weiss, nicht vollständig waren.