12. Молекулы наследственности и микробы Каждая живая клетка представляет собой микрокосмос, в котором нуклеиновая кислота выступает в качестве диктатора, обычно к нам благоволящего; но в случае рака она становится деспотом-садистом, а в вирусных частицах -

Что изучает наука генетика? Генетика – это наука о наследственности и изменчивости живых организмов и методах управления ими. В зависимости от объекта исследования выделяют генетику растений, генетику животных, генетику микроорганизмов, генетику человека и т. д., а в

Благодаря какой случайности Грегор Мендель был заслуженно признан основоположником учения о наследственности? В середине XIX века австрийский монах и ботаник-любитель Грегор Мендель (1822–1884) проводил опыты по скрещиванию (посредством искусственного опыления) растений

27. Хромосомная теория наследственности Вспомните!Что такое хромосомы?Какую функцию они выполняют в клетке и в организме в целом?Какие события происходят в профазе I мейотического деления?В середине XIX в., когда Г. Мендель проводил свои эксперименты и формулировал

Тема 4. Закономерности наследственности Не беда появиться на свет в утином гнезде, если ты вылупился из лебединого яйца. Г. Х. Андерсен (1805–1875), датский писатель Общебиологическое значение генетики вытекает из того, что законы наследственности справедливы для всех

Г. Менделю принадлежит открытие явлений дискретной наследственности и ее законов. Это открытие заложило основы генетики - науки о наследственности и изменчивости организмов. Установление принципа дискретной наследственности и ее законов наложило печать на все развитие биологии XX в.

Кроме основного открытия, в работе Г. Менделя и в его письмах к К. Негели содержался целый ряд других важных элементов, которые заложили основу многих отдельных направлений в генетике.

Г. Мендель внес в генетику количественный метод и принципы теории вероятности. Он показал, что биологические законы общего значения допускают функциональные выражения, они могут быть выражены математически. Язык алгебры, который раскрыл перед Менделем законы расщепления в их обобщенной форме, явился первым шагом в современном математическом анализе проблем наследственности.

Функциональное выражение законов расщепления позволило использовать их для предсказаний хода расщепления, которые оправдываются с поразительной точностью. Мендель в своей работе сам сделал несколько таких предсказаний, часть из них была получена им самим, а часть была доказана уже в XX в.

Исходя из поведения гибридов при их скрещивании, Мендель предсказал, что их зародышевые клетки получат в половине случаев один ген и в другой половине - другой ген из пары аллелей. Его эксперимент с обратным скрещиванием точно доказал правоту предсказания. Затем в XX в. изучение мейоза раскрыло, что этому явлению есть причинное объяснение на основе поведения гомологов в паре хромосом. Г. Мендель показал, что число генотипов при сложном расщеплении во втором поколении составляет 3 n . Это предсказание было положено в основу громадного количества опытов в XX в., и какой бы сложности случай ни был изучен, предсказание оправдывалось с поразительной точностью. Эта реализация предсказаний была следствием всеобщности принципов, открытых Менделем на горохе. Эта общность вытекает из единства поведения хромосом при образовании половых клеток и из осуществления всех вероятностей встреч разных классов гамет друг с другом, которые всегда имеют место при наличии достаточно большого числа случаев.

Работа Менделя не была признана. Современникам казалось, что эта работа представляет собой смесь элементарной математики и малоинтересных частных фактов. Хотя работа Менделя и была разослана в 120 научных учреждений и ряду крупных ученых, в том числе и К. Негели, с которым Мендель состоял в оживленной переписке, ссылки на эту работу в течение 35 лет (1865-1900) появились только в трех исследованиях. В 1869 г. о ней кратко упоминают Гофманн и в 1881 г. Фоке. Наиболее интересное изложение работы Менделя сделано И. Ф. Шмальгаузеном в 1874 г. в его магистерской диссертации.

В 1900 г. гениальная работа Г. Менделя становится известной миру. Наступает эпоха триумфального шествия менделевских законов, раскрытых как один из самых фундаментальных законов органического мира.

Г. Мендель предвидел, что его законы будут иметь всеобщее значение. Он начал создавать линии мышей, чтобы изучить у них действие принципов дискретной наследственности. Однако часть доказательств единства законов наследственности растений и животных выпала на долю В. Бэтсона.

Вполне понятно, что в эпоху увлечения менделизмом, когда на бесчисленных примерах было показано, что предсказания из законов Менделя с поразительной точностью осуществляются на любых растениях, животных и на многих микроорганизмах, самое пристальное внимание привлекли факты, не укладывающиеся в закон независимого расщепления. Эти факты послужили источником учения о хромосомах как о носителях блоков генов в виде групп сцепления. В 1910-4930 гг. Т. X . Морган и другие исследователи создали учение о внутриклеточных материальных основах наследственности - хромосомную теорию.

Т. Мендель обосновал идею о наследственных факторах и разработал для них знаковую модель на базе использования идей математической статистики. В результате центральный пункт современной молекулярной генетики - проблема гена берет свои прямые истоки из открытия Менделя. Мендель строит весь свой анализ на базе введенного им метода генетического анализа. Он кропотливо во всех опытах изучает, в какой мере генотип каждого класса растений отвечает гипотезе. Апогей этого метода достигается в экспериментах по скрещиванию гибридов с рецессивным гомозиготом (анализатором), когда Мендель в прямом опыте раскрывает наследственные структуры гамет гибридов. Таким образом, основа основ генетики, ее генетический метод, который раскрыл законы наследования, позволил, сочетаясь с цитологией, войти в глубины генетического строения хромосом, а затем, войдя в комплекс с физикой, химией и математикой, создал современное учение о записи генетической информации и, наконец, раскрыл тайну строения гена. Все это находит свои прямые истоки в работе Г. Менделя. Мендель доказал важнейшее положение, что оплодотворение у растений базируется на слиянии одной яйцеклетки с одним спермием. В письме к К. Негели Мендель высказал гипотезу о наследовании пола как о моногибридном расщеплении, что было затем реализовано в учении о половых хромосомах. Мендель на примере группы самоопыляющихся растений впервые провел исследования по генетике популяций.

Все это создало работе Г. Менделя положение исходного пункта в теоретическом анализе явлений наследственности. Величие этой работы таково, что законы Менделя простирают свое влияние на все будущее биологии. Скромный исследователь из Брно, биолог, математик и физик, создал алгебру новой громадной области знания - генетики, которая в наши дни находится в центре великих преобразований всей науки о жизни.

В наши дни генетика составляет сердцевину всей биологии. Исследования в биологии, посвященные сущности жизни, имеют громадное значение для сельского хозяйства и медицины. Так же как в центре атомной науки стоит изучение глубин атома, его строения из элементарных частиц и сил, обеспечивающих их взаимодействие, так в центре современной генетики стоит изучение глубин гена, его химических и физических свойств как биологической единицы наследственности. Мендель обосновал алгебру биологии, обозначив отдельные гены буквами. В его знаковой системе это были буквы A , В, С и др.

В наши дни мы знаем, что кроется за этой алгеброй генетики. Раскрыта сущность гена. Показано, что материальным носителем наследственности служит ядро клетки, точнее, хромосомы, входящие в его состав. Гены лежат внутри хромосом в линейном порядке. Сам ген состоит из комплекса атомных группировок (азотистых оснований) внутри молекул ДНК, составляющих генетически активную часть хромосом. Установлено, что генетическая информация, записанная в отдельных генах, управляет в клетке синтезом белков и другими сторонами химии и жизнедеятельности клетки. Разработаны методы вмешательства в развитие гена на основе бесконечного изменения его под действием факторов внешней среды.

Современная общая теория генетики, опирающаяся на достижения молекулярной, радиационной, химической, эволюционной, математической и многих других новых разделов, разрабатывает методы управления наследственностью.

Эти новые методы, входя в жизнь, создают в наши дни перелом в целых отраслях сельского хозяйства и вызывают к жизни новые формы биологической промышленности. С использованием особых методов генетической селекции и скрещивания была создана гибридная кукуруза. Это повело к изменению зернового баланса целых стран. Используя алкалоид колхицин и воздействуя им на клетки растений, получают в них удвоение числа хромосом. Такие полиплоидные формы растений в ряде случаев обладают выдающимися качествами. Триплоидные сорта сахарной свеклы на 15-20% увеличивают выход сахара с гектара посева. В 1965 г. первый триплоидный сорт сахарной свеклы, районированный для Кубани, вышел на производственные площади.

Радиация и активные химические соединения, проникая внутрь клетки, изменяют гены. Так можно внешними факторами через внутренние основы клетки изменить ее химизм; заставить ее вырабатывать вещества, нужные человеку. Этими путями идет в наши дни новая радиационная и химическая селекция растений, борющаяся против болезней растений, против полегаемости, за увеличение количества белка в зерне и за другие нужные нам качества. Радиационная и химическая селекция микроорганизмов, получая мутанты со свойствами «сверхсинтеза» определенных веществ, создала основы промышленного использования продуцентов антибиотиков, аминокислот, витаминов и других веществ, жизненно нужных медицине и сельскому хозяйству. Получение живых вакцин является примером блестящего использования принципов общей генетики в медицине. В последние годы получены живые вакцины против полиомиелита. Эти вакцины получены из мутантов вирусов, давших начало авирулентным штаммам. Р. И. Салгаником предложен новый метод лечения считавшегося неизлечимым вирусного заболевания глаз. Этот метод связан с использованием фермента, разрушающего молекулы ДНК вируса.

Вирусология и микробиология - могущественные науки современности, их будущее в руках генетики. Вирус представляет собой устройство из белка и нуклеиновой кислоты, молекулярное строение которых глубоко расшифровано. Нуклеиновые кислоты вируса, материальная основа генов, проникают в клетку и подчиняют ее жизнь новой «вирусной» информации. В клетках бактерий кольцевая нить из молекул ДНК несет в себе всю программу жизни клетки, ее размножения, основ для ее эволюции. Генетика нашла пути для глубокого изменения наследственности вирусов и бактерий.

Как необычайна, тревожна, полна волнения и интересна будет встреча с жизнью вне Земли! Молекулярная генетика призвана решить вопрос, является ли основой жизни во Вселенной взаимодействие нуклеиновых кислот и белков или мы можем встретить что-то совсем другое.

Среди громадных «земных» проблем на очереди вмешательство генетики в такую проблему, как злокачественный рост. Установлено, что появление раковой клетки связано с изменением ее наследственного аппарата, найдены даже хромосомы-маркеры, которые в ряде случаев накладывают печать на ядро каждой клетки в пределах данной опухоли. Генетика разрешила загадку пола, показав, что тип наследования половых хромосом обеспечивает рождение или девочки, или мальчика. Теперь установлено, что нарушение в правильной передаче хромосом ведет к появлению многих тяжелых врожденных заболеваний у человека.

На молекулярном и хромосомном уровне изучается поражающее влияние радиации на наследственность организмов и ведется разработка методов защиты. Советские ученые создали такое направление, как космическая генетика, послав в космос целый ряд живых организмов и изучив на них влияние факторов космического полета на наследственность. Разработав генетические основы эволюции, генетика в качестве очередной задачи ставит проблему управления эволюцией жизни в природе, с чем связано решение множества народнохозяйственных и медицинских проблем.

Наука в нашей стране все больше и больше становится непосредственной производительной силой, преобразующей мир. Вплотную начато изучение сущности биологических процессов, и в первую очередь явлений наследственности на молекулярном уровне. Это поведет к открытию пока загадочных для нас физико-химических свойств живого, которых нет в неживой природе, и будет использовано техникой будущего, обеспечит создание совершенно новых производств, использующих принципы синтезов, идущих в живой клетке, обеспечит использование новых принципов в кибернетических устройствах и т. д. Развитие новых методов управления наследственностью на базе теории гена создаст новую селекцию и новые пути в медицине в ее борьбе за совершенство, здоровье, за длительную юность человека.

Мы вступили в век атома, гена и космоса. Грегор Мендель, открыв для человечества существование гена, простер руки над будущим всей биологии.

В августе 1965 г. Чехословацкая Академия наук торжественно отметила 100-летие со дня открытия Менделя. Человечество обязано Г. Менделю одним из величайших открытий в истории естествознания, оно чтит подвиг гениального сына Чехословакии.

Источник---

Дубинин, Н.П. Горизонты генетики/ Н.П. Дубинин. – М.: Просвещение, 1970.- 560 с.

Генетика – это наука, изучающая закономерности наследования генетической информации и изменчивость организмов. Основоположник генетики – австрийский ученый Грегор Мендель.

История развития генетики

Генетика – относительно молодая наука, зародилась она в 19 ст., и развивается до сегодняшних дней.

Выделяют три основных этапа в развитии генетики:

Этап I

Первый этап связан с Грегором Менделем и открытием законов наследственности. Многочисленные исследования и скрещивания животных и растений уже вначале XX ст. полностью подтвердили теории, выдвинутые Менделем. Вклад в развитие генетики сделал биолог В. Иоганнсен, который описал такие понятия как «генотип», «фенотип» и «популяция».

Этап II

Второй этап начался с изучения генетики на клеточном уровне. Исследуя строение клетки, удалось установить, что гены являются участками гомологичных хромосом, которые в процессе деления распределяются между дочерними клетками. В этот период Т.Г.Морганом было открыто явление кроссинговера, который играет важную роль в механизме наследственной изменчивости.

Этап III

Третий этап характеризуется достижениями в сфере молекулярных наук, которые позволили изучать закономерности генетики на уровне бактерий и вирусов. Была выдвинута теория, которая гласит, что один ген отвечает за один фермент. Фермент катализирует определенную реакцию, среди множества других, которая отвечает за формирование признака.

В 50-60 годах прошлого столетия Ф.Крик и Дж.Уотсон разработали модель ДНК, которая представляла собой двойную спираль, она дала возможность проследить репликацию молекулы ДНК. Это открытие стало выдающимся событием века.

В XXI веке начала развиваться генная инженерия, которая дает возможность создавать собственные генетические системы. Это позволило выделять гены из одних участков и внедрять их в генетический аппарат других организмов. Так генная инженерия стала занимать важное место в селекции растений и животных, в медицине при изучении врожденных заболеваний, аномалий развития.

Основные понятия генетики

Наследственность - способность одного поколения живых организмов передавать свои характеристики следующему.

Приобретение потомством отличительных признаков в процессе индивидуального развития.

Признаки - особые черты строения организма, которые формируются на протяжении жизни и зависят от генетического фона и условий окружающей среды.

Фенотип - совокупность всех внешних и внутренних признаков организма.

Ген - наименьшая структурная и функциональная единица наследственности. Входит в состав молекулы ДНК и отвечает за образование и передачу конкретного свойства.

Генотип - набор генов, унаследованных от родителей, которые под влиянием внешних факторов определяют фенотип организма.

- гены, занимающие одинаковые локусы в гомологичных хромосомах.

Гомозиготы- особи, несущие аллельные гены с одинаковой молекулярной основой.

Гетерозиготы - особи, несущие аллельные гены различной молекулярной структуры.

Законы генетики

Основные законы были сформулированы Менделем, которые он вывел опытным путем, исследуя закономерности наследования на растениях.

Закон единообразия гибридов первого поколения.

Суть закона заключается в следующем: если скрестить два гомозиготных организма, которые кодируют разное проявление одного признака, то потомки в первом поколении будут единообразны. Аллель, который проявился, является доминантным, он подавляет рецессивный признак.

Определить это явление Менделю удалось, используя чистые линии гороха с белыми и пурпурными цветами. После скрещивания, все потомство имело пурпурный окрас цветков.

Закон расщепления.

Скрещивание гетерозигот, полученных в первом поколении, дает расщепление по такому принципу:

• фенотип 3:1;
• генотип 1:2:1.

Так, менделевский закон подтвердил, что рецессивные признаки никак не изменяются и не теряются, а просто не проявляются в сочетании с доминантным геном.

Закон независимого наследования признаков.

Скрещивание двух гетерозиготных особей, которые отличаются более чем по двум признакам, дает поколение с разнообразной и независимой комбинацией генов.

Разделы генетики

Классическая генетика изучает закономерности передачи генов.

Цитогенетика исследует структуру хромосом и их участие в передаче наследственной информации.

Молекулярная генетика исследует молекулярные основы наследования признаков путем изучения строения ДНК и РНК.

Биохимическая генетика направлена на изучение влияния генетических факторов на биохимические процессы в живом организме.

Медицинская генетика – изучает наследственные заболевания и разрабатывает эффективное лечение.

Значение генетики

Все чаще рождаются дети с наследственными аномалиями развития. Врожденная патология сказывается на деятельности жизненно важных органов и приводит к росту ранней детской смертности.

Неблагоприятная экологическая обстановка вредные привычки родителей приводят к разного рода мутациям, которые сказываются на здоровье человека.

На сегодняшний день ученые-генетики сделали много открытий в области медицины, селекции животных и растений, что позволяет целенаправленно влиять на наследственность организмов, предотвращая мутационные процессы.

Многие заболевания, как показали исследования, носят генетическую природу:

• Увеличение количества хромосом (синдром Клайнфельтера);
• уменьшение (синдром Шерешевского-Тернера);
• болезни сцепленные с хромосомами (гемофилия, дальтонизм);
• нарушения обмена веществ (галактоземия).

Теперь, зная причину развития заболевания, ученые разрабатывают методы предотвращения мутаций, которые ведут к врожденным аномалиям.

Селекция животных и растений уже стала самостоятельной наукой, но в основе ее лежат генетические закономерности наследования. Новые сорта растений с высокой урожайностью, ценные породы животных удалось получить, используя законы наследственности и изменчивости.

Фармацевтическая промышленность не обходится без генетической инженерии. Продукция антибиотиков стала возможной благодаря генетической модификации микроорганизмов-продуцентов. Так удалось многократно увеличить скорость синтеза лекарственных средств и уменьшить затраты на производство.