Когда генетика сформировалась как наука – –

Содержание

что она изучает, как развивалась с годами

Рождение ребенка – это процесс явления настоящего чуда. Способность давать жизнь является великим даром. И, конечно же, первые разговоры и обсуждения, которые ведутся вокруг новорожденного, преследуют одну цель – выяснение сходства малыша с родителями.

На кого похож новорожденный? На папу или маму, бабушку или дедушку? Вот основная тема для разговоров на ближайший промежуток времени. Но с ростом малыша, помимо внешних признаков, обнаруживаются и удивительные моменты в его поведении и поступках. Реакция на происходящие события, походка, любимые позы и даже манера речи – во всем этом можно увидеть, как в зеркальном отражении, себя. Как приобретаются данные факторы? Что влияет на внешность и характер маленького человечка?

к содержанию ↑

Генетика, как наука

Генетика – наука, изучающая наследственность и изменчивость живых организмов. Правы были те, кто считал человека уникальным творением природы. Благодаря генетике мы узнали, что понятие кожаного мешка, наполненного мясом и костями, не имеет под собой никаких оснований. Вместилище информации, сосуд, наполненный тайнами и загадками, – вот как воспринимает человека данная наука.

Каким образом информация передается из поколения в поколение? Что способствует такому понятию, как наследственность? Вот основные вопросы, на которые ищет ответ наука, называющаяся генетика.

Генетика как наука прошла много этапов. Путь развития данной дисциплины был извилист и тернист. Основоположниками науки были европейские монахи, которые обратили внимание на передачу наследственных признаков у растений и насекомых.

Цвет фасоли, окрас мух – вот основные признаки, которые вызвали у монахов неподдельный интерес и над которыми экспериментировали первые генетики. 1865 год признания науки. Причиной внимания грантов от науки в сторону этого течения послужил труд австрийского монаха Иоганна Менделя «Опыты над растительными гибридами». Наука получила свое нынешнее название в 1906 г., а в 1909 г. появилось понятие ген, которое известно сегодня каждому школьнику.

к содержанию ↑

Генетика в современности

Давно канули в Лету времена, когда генетика ограничивалась наблюдением и изучением простейших организмов. Сейчас данное направление имеет широкий спектр задач и огромное значение в жизни современного человечества.

Медицина, спорт высоких достижений, сельское хозяйство и пищевая промышленность, военно-промышленный комплекс – все это лишь небольшой фронт применения генетики в современном мире.

Увеличение сбора урожая, морозостойкие и жаростойкие культуры, неприхотливые в обработке и имеющие высокое сопротивление к вредителям. Спортсмены, которые в состояние побить любые рекорды. Солдаты, имеющие сверхспособности. Отсутствие таких чувств, как голод, сон, усталость – качества, о которых могут мечтать военачальники любой из стран.

Медицинские препараты, способные избавить человечество от всех существующих болезней и недугов. Вот лишь малая часть вопросов из сфер человеческой деятельности, которые решает генетика. Даже пресловутая чума 20-го и 21-го века СПИД, возможно, является результатом процесса разработки биологического оружия, направленного на уничтожение населения неугодных стран.

к содержанию ↑

ДНК

Основное направление, которое изучает наука, является человеческий геном и в частности ДНК. ДНК – это молекулы нуклеиновых кислот в виде генетического кода. Данный термин является основным предметом изучения генетики. В этом коде зашифровано огромное количество информации, благодаря наследованию которой и происходит развитие всех популяций нашего мира.

Память – основное значение молекул ДНК. Благодаря этой сложной функции происходит непрерывное развитие всех живых организмов нашей планеты. «Выживает сильнейший» — выражение, существование которого не было бы возможным без генетического кода, передающегося потомкам. Все признаки, которыми наделены все формы жизни нашей планеты и которые позволяют успешно выживать им в условиях суровой окружающей среды, сохранены и развиты благодаря ДНК.

Все жизненные процессы, происходящие в любых организмах, подвластны изучению данной науки.

Генетика имеет ряд направлений и дисциплин, которые охватывают многие процессы и детально разбирают их, открывая с каждым днем огромное количество информации, которая раньше казалась сказкой.

Наука генетика позволяет открыть чудесный и таинственный мир жизни. Все тайны, над которыми не одно столетие задумывалось человечество, сейчас намного ближе к раскрытию и пониманию. С каждым годом, с каждым витком развития генетики завеса тайны рождения всего живого на планете приподымается все больше.

Несмотря на внешнее сходство с родителями и родственниками, каждый человек — личность и индивидуальность.

etogenetika.ru

32. Генетика как наука. Её предмет, объекты, методы, задачи и основные понятия. Этапы развития генетики. Значение генетики для медицины и стоматологии.

Генетика – это наука, которая изучает два свойства живых организмов. Наследственность и изменчивость. Предметом генетики является наследственность и изменчивость. Объекты генетики все живые организмы.

Методы генетики:

- Гибридологический – метод скрещивания особей, отличающихся альтернативными признаками.

- Комбинационный – при мейозе возникают различные комбинации генов, а также происходит Кроссинговер.

- Мутационный – на организмы воздействуют мутагенами.

- Популяционный – можно изучить генофонд.

- Цитологический – в клетках изучают набор хромосом, то есть кариотип.

- Цитогенетический – изучение генетической структуры клеток.

- Онтогенетический – изучение действия определенных генов в процессе индивидуального развития.

- метод селективных сред –на специальных питательных средах выращивают клетки ,потом изучают в клетках наличие белков ферментов.

- Биохимический –определение белков ферментов.

Задачи генетики:

- Углубленное изучение молекулярных структур клетки, которые хранят генетическую информацию.

- Изучение механизмов и закономерностей передачи генетической информации от клетки к клетке.

- Анализ реализации генетической информации.

- Разработка теоретических проблем о путях и методах конструирования организмов с определёнными механизмами.

- Изучение действия на живые организмы и их наследственные структуры различных видов излучения.

-изучение воздействия на организм мутационных факторов.

- Изучение генофонда человеческой популяции.

- Разработка методов профилактики и лечения наследственных заболеваний.

Этапы развития генетики.

1 этап:С 1865 по 1900 - изучение закономерностей генетики на организменном уровне.

2этап:изучение генетики на клеточном и субклеточном уровне.

3 этап: изучение генетический явлений на молекулярном уровне.

Значение генетики для медицины и стоматологии:

Знание основ медицинской генетики позволяет врачу понимать механизмы индивидуального течения болезни и выбирать соответствующие методы лечения. В стоматологии на основе медико-генетических знаний приобретаются навыки диагностики наследственных болезней для выявления наследственных форм парадонтитов и рака полости рта. В случае с раком привлечение генетики может обеспечить более раннее обнаружение рака, что значительно превышает уровень выживаемости.

33. Г. Мендель как основоположник экспериментальной генетики. Гибридологический метод, его суть.

Грегор Менде­ль открыл количественные закономерности наследования признаков.

Для своих опытов Мендель взял го­рох. Он определял число признаков, по кото­рым различались скрещиваемые растения. Он выбирал для экспериментов организмы, относящиеся к чистым линиям.

Гибридо­логичес­кий метод - метод скрещивания особей, отличающихся альтернативными

признаками.

Его суть в учете и анализе исследуемых признаков у гибридов и их потомства.

А)Подбирал родительские особи, которые отличаются по одной и более парам альтернативных признаков.

Б)Проводил точный количественный учёт потомков по каждой паре изучаемых признаков.

В)Анализ потомков в нескольких поколениях.

studfiles.net

Реферат - Генетика как наука. Предмет и задачи генетики.

Генетика –наука о закономерностях наследственности и изменчивости. Основоположник – монах Мендель(1822) 1900-перерождение генетики, переоткрыты законы наследования Менделя.

Наследственность – св-во живих организмов обеспечивать структурную и функциональную приемственность при смене поколений и свойственных виду особенностей индивидуального развития.

В основе наследственности лежит конвариантное самовоспроизведение материальных носителей(молекул ДНК, хромосом.клеток) Передача насл.инфо при смене поколений называется наследованием.

Изменчивость-св-во живых организмов изменяться генотипически и фенотипически под влиянием факторов среды.

Изменчивость обеспечивает приспособление организмов к вариациям разнообр. Ф. среды и способств. Сохранению и эволюции видов.

Первые представления о наследственности содержатся в тру­дах ученых античной эпохи. Уже к V в. до н. э. сформировались две основные, чисто умозрительные теории: прямого и непрямого наследования признаков. Сторонником прямого наследования был Гиппократ, который считал, что репродуктивный материал соби­рается из всех частей тела и таким образом все органы тела непосредственно влияют на признаки потомства. По мнению Гиппократа, здоровые части тела поставляют здоровый репродук­тивный ■ материал, а нездоровые — нездоровый, и в результате признаки, приобретаемые в течение жизни, должны наследоваться.

Точку зрения Гиппократа оспаривал Аристотель (IV в. до н. э.). Он был сторонником теории непрямого наследования призна­ков и считал, что репродуктивный материал вовсе не поступает из всех частей тела, а производится из питательных веществ, по своей природе предназначенных для построения разных частей тела.

Теория прямого наследования просуществовала 23 века. Пос­ледней серьезной вариацией на эту тему можно считать теорию пангенезиса Ч. Дарвина (1868), развитую в книге «Изменение жи­вотных и растений в домашнем состоянии». Согласно этой теории у растений или животных все клетки «отделяют от себя крошеч­ные геммулы, рассеянные по зсему организму». Геммулы попадают в репродуктивные органы, и таким образом признаки передаются потомкам. Как считал и сам Ч. Дарвин, эта теория весьма напо­минала взгляды Гиппократа.

Уже в 1871 г. дарвиновская теория, а правильнее, гипотеза пангенезиса была экспериментально проверена Ф. Гальтоном — крупным естествоиспытателем, двоюродным братом Ч. Дарвина. Ф. Гальтон переливал кровь черных кроликов белым, а затем скре­щивал реципиентов. «Я повторял это в трех поколениях и не нашел ни малейшего следа какого-либо нарушения чистоты сереб- ристо-белой породы», — писал он. Следовательно, по крайней мере в крови кроликов геммулы не содержатся.

Ситуация становится драматической, если вспомнить, что в 1865 г., еще до публикации дарвиновской гипотезы пангенезиса, уже вышла в свет работа Г. Менделя «Опыты над растительными гибридами», в которой были сформулированы законы непрямого наследования, позже ставшие основой генетики. Эксперименты Менделя были неизвестны Дарвину. В своей работе «Действие перекрестного и самооплодотворения» (1876) Ч. Дарвин ссылается на сводку Гоффмана «Проблема вида и разновидности» (1869), в которой пять раз упомянута статья Менделя. Эти ссылки не привлекли внимания Дарвина.

Неверно думать, что современники не заметили «Опытов...» Менделя. С 1865 по 1900 г. работу Менделя цитировали по мень­шей мере 6 раз, в том числе в Британской энциклопедии за 1881 — 1885 гг. в статье о «гибридизме». Современники не поняли Мен­деля. Биология тог\э времени не была готова к восприятию его идей, несмотря на то что он отнюдь не был единственным или первым ученым, ставившим опыты по гибридизации растений. Достаточно упомянуть И. Г. Кельрейтера (1733—1806), немецкого ботаника (работавшего в нескольких городах Европы, в том числе в Петербурге), открывшего гибридную мощность и одинаковый результат реципрокных скрещиваний у табака. Англичанин Т. Э. Найт (1759—1838), экспериментируя, как позднее и Мен­дель, с горохом, вновь обратил внимание на одинаковый резуль­тат реципрокных скрещиваний, на единообразие гибридов первого поколения и расщепление при самоопылении гибридов. Его сооте­чественник и современник Дж. Госс обнаружил (1822), что гиб­риды второго поколения при последующем самоопылении делятся на расщепляющиеся и не расщепляющиеся.

Французский исследователь О. Сажрэ (1763—1851) обратил внимание на перераспределение константных признаков при гибри­дизации. Он предвосхитил понятие комбинативной изменчивости: «Нельзя не восхищаться той простоте способов, которой придер­живается природа для возможности бесконечно варьировать ее произведения и избежания однообразия. Эти два способа — слия­ние и распределение признаков, различным образом комбинируе­мые, могут довести разновидности до безграничного числа» (1825).

Ни один из предшественников Г. Менделя даже не пытался проанализировать, свои результаты количественно: подсчитать соотношение классов среди гибридов различных поколений.

Главное достижение Г. Менделя заключается в том, что он сформулировал и применил принципы гибридологического анализа для проверки конкретной гипотезы — гипотезы о наследственной передаче дискретных факторов. Выявленные Г. Менделем законо­мерности наследования по достоинству были оценены только в 1900 г., когда они вновь были открыты независимо друг от друга тремя исследователями: Гуго Де Фризом в Голландии, Карлом Корренсом в Германии и Эрихом Чермаком в Австрии. К. Кор- ренс и Э. Чермак еще раз продемонстрировали справедливость менделевских закономерностей для гороха, а Г.Де Фриз подтвер­дил это сразу для 16 видов растений.

Вскоре было доказано, что те же законы наследования справед­ливы и для животных. У. Бэтсон в 1902 г. продемонстрировал это на примере наследования формы гребня у кур, a JI. Кюэно в том же 1902 г. — на примере наследования серой и белой окраски шерсти у домовой мыши. Уже в 1909 г. У. Бэтсон опубликовал сводку, где перечислил около 100 признаков растений и прибли­зительно столько же у животных, для которых доказано наследо­вание по Менделю. Менделизм прочно вошел в науку.

Что же изменилось за 35 лет после менделевских открытий? Прежде всего сформировалась и развилась клеточная теория. В общих чертах было выяснено поведение хромосом в митозе и мейозе и при оплодотворении у растений и животных, установлено постоянство хромосомных наборов.Еще до переоткрытия законов Менделя возникла ядерная гипо­теза наследственности, которая была подтверждена изящными опытами немецкого исследователя Т. Бовери (1862—1915), дока­завшего равнозначность мужского и женского пронуклеусов при оплодотворении у морского ежа (1889). Если оплодотворять яйца, ядра которых разрушены встряхиванием, или даже их безъядер­ные фрагменты, то личинка развивается нормально только за счет мужского пронуклеуса. Правда, такие личинки примерно в 4 раза меньше обычных.

В своих опытах Т. Бовери использовал два вида морских ежей: Echinus microtuberculatus и Sphaerechinus granulans, личинки кото­рых различаются по строению скелета. При нормальном оплодотво­рении личинки имеют скелет промежуточного строения. Если же оплодотворять безъядерные яйцеклетки Е. microtuberculatus спер матозоидами S. granulans, то личинки полностью повторяют строе­ние скелета S. granular is, хотя и обладают меньшими размерами, чем при обычном оплодотворении (рис. 1.3). Таким образом, доказы­валась роль ядра в наследовании.До хромосомной гипотезы оставался один шаг. Его сделал У. Сэттон, обративший внимание на поразительный параллелизм в поведении менделевских факторов и хромосом. Уже после пере­открытия законов Менделя Сэттон в 1903 г. поместил менделев- ские факторы в хромосомы.Большое влияние на развитие учения о наследственности ока­зали взгляды выдающегося немецкого биолога А. Вейсмана (1834—1914). Созданная им в основном умозрительная теория во многом предвосхищала хромосомную теорию наследственности. В дальнейшем она была уточнена с учетом данных цитологии и сведений о роли ядра в наследовании признаков. А. Вейсман дока­зывал невозможность наследования признаков, приобретенных в онтогенезе, и подчеркивал автономию зародышевых клеток. Ему, в частности, принадлежит объяснение биологического значения редукции числа хромосом в мейозе как механизма поддержания постоянства диплоидного хромосомного набора вида и основы комбинативной изменчивости.В самом начале XX в. (1901) Г. Де Фриз сформулировал мута­ционную теорию, во многом совпавшую с, теорией гетерогенеза (1899) русского ботаника С. И. Коржинского (1861—1900). Сог­ласно мутационной теории Коржинского — Де Фриза, наслед­ственные признаки не являются абсолютно константными, а мо­гут скачкообразно изменяться вследствие изменения — мутирова­ния их задатков.Таким образом, методология генетики сформировалась на базегибридологического анализа, цитоло­гического метода и изучения мута­ционного процесса. Эти три подхода в изучении наследственности и измен­чивости, ставшие основой так назы­ваемой классической генетики, раз­виваются и обогащаются новыми методами на протяжении всей исто­рии генетики и являются ее основа­ми до настоящего времени.Важнейшая веха в развитии гене­тики — создание хромосомной тео­рии наследственности, связанной с именем американского эмбриолога и генетика Томаса Ханта Моргана (1866—1945) (рис. 1.4) и его школы. На основе экспериментов с новым тогда объектом — плодовой мушкой Рис. 1.4. Т.Х.Морган (1866— (Drosophila melanogaster) Морган 1945) вместе со своими учениками А. Стёр-тевантом (1891 — 1970), К. Бриджесом (1889—1938) и Г. Мёлле- ром (1890—1967) к середине 20-х годов нашего века сформули­ровал представления о линейном расположении генов в хромосо­мах и создал первый вариант теории гена — элементарного носи­теля наследственной информации. Проблема гена стала централь­ной проблемой генетики. Она разрабатывается и в настоящее время.Дальнейшее развитие учение о наследственной изменчивости нашло в трудах советского ученого Николая Ивановича Вавилова (1887—1943), сформулировавшего в 1920 г. закон гомологических рядов наследственной изменчивости. Этот закон обобщил огром­ный фактический материал о параллелизме изменчивости близких родов и видов, связав таким образом воедино генетику и система­тику. Он явился крупным шагом на пути последующего синтеза генетики и эволюционного учения.Теория мутационного процесса обогатилась в 1925 г. откры­тием индуцированного мутагенеза. Советские микробиологи Г. А. Надсон и Г. С. Филиппов в 1925 г. обнаружили влияние ра­диоактивного излучения на мутационный процесс у низших гри­бов. В 1927 г. американец Г. Мёллер продемонстрировал мутаген­ный эффект рентгеновских лучей в экспериментах с дрозофилой, а другой американский биолог Дж. Стадлер (1927) открыл анало­гичные эффекты у растений.Используя метод индуцированного мутагенеза, советские уче­ные в 1929 г. во главе с А. С. Серебровским (1892—1948) при­ступили к изучению строения гена у Drosophila melanogaster. В своих исследованиях (1929—1937) они впервые показали его сложную структуру.В этот период широко развернулись исследования по генетике в СССР. Уже в 1919 г. Ю. А. Филипченко (1882—1930) основал первую в СССР кафедру генетики в Петроградском университете и при ней в 1920 г. исследовательскую лабораторию генетики в Петергофском естественнонаучном институте Петроградского уни­верситета. В 1929 г. он опубликовал первый учебник «Генетика», объединивший написанные им ранее книги: «Изменчивость и мето­ды ее изучения» и «Наследственность». Уже после смерти Ю. А. Филипченко вышла его книга «Генетика мягких пшениц», ставшая первым руководством по генетическому анализу растений. В 1921 г. Ю. А. Филипченко организовал в Академии наук при КЕПС (Комитет по естественным производительным силам) ис­следовательскую лабораторию по генетике, которая впоследствии была преобразована в институт генетики. Этот институт уже после смерти Ю. А. Филипченко в 1930 г. возглавил Н.И.Вавилов.

В 1930 г. А. С. Серебровский основал кафедру генетики в Московском университете. Здесь он продолжал работу по генети­ке животных одновременно с преподаванием, завершив в 1948 г. свой классический труд «Генетический анализ», увидевший свет только в 1970 г.В 1932 г. в Ленинградском университете была открыта ещеодна кафедра — генетики растений, которую возглавил Г. Д. Кар- печенко (1899—1942), экспериментально показавший возмож­ность объединения двух геномов разных видов растений. Тем са­мым он доказал один из путей видообразования у растений.В 20—30-е годы крупнейшим центром исследований по гене­тике был Институт экспериментальной биологии в Москве, орга­низованный в 1916—1917 гг. Н.К.Кольцовым (1872—1940). В этом институте выполнил свои основополагающие работы С. С. Четвериков (1880—1959), обосновавший в 1926 г. и экспери­ментально подтвердивший значение мутационного процесса в при­родных популяциях.На рубеже 40-х годов Дж. Бидл (род. в 1903 г.) и Э. Тейтум (1909—1975) заложили основы биохимической генетики. Они показали, что мутации у хлебной плесени Neurospora crassa блоки­руют различные этапы клеточного метаболизма и высказали предположение о том, что гены контролируют биосинтез фер­ментов.В 1944 г. американцы О. Эвери, К. Мак-Леод и М. Мак-Карти доказали генетическую роль нуклеиновых кислот в экспериментах по трансформации признаков у микроорганизмов — пневмококков. Они идентифицировали природу трансформирующего агента как молекулы ДНК. Это открытие символизировало возникновение нового этапа в генетике — рождение молекулярной генетики, которая легла в основу целого ряда революционизирующих откры­тий в биологии XX века. Ключ к разгадке наследственности ока­зался спрятанным в структуре биополимера сравнительно простого химического строения.Приоритет в расшифровке структуры молекулы ДНК принадле­жит американскому вирусологу Дж. Уотсону (род. в 1928 г.) и английскому физику Ф. Крику (род. в 1916 г.), опубликовавшим в 1953 г. структурную модель этого полимера.

www.ronl.ru

Генетика как наука | Биология

Что такое наследственность?
Что такое изменчивость?

Велик и многообразен мир живых организмов, населяющих Землю. Разнообразие и одновременно сходство живых существ – фундаментальная особенность жизни. Чем обеспечивается такая особенность?

Многообразие органического мира обусловлено свойствами живой природы – наследственностью и изменчивостью. Эти фундаментальные свойства изучает генетика.
Предмет изучения генетики. Генетика (от греч. genesis – происхождение) – это наука, изучающая закономерности наследственности и изменчивости. Генетические исследования и методы генетики имеют важное значение для развития биологической науки в целом. Именно поэтому XVI Всемирный генетический конгресс в Канаде (1988) проходил под девизом «Генетика и единство биологии».

Наследственность обеспечивает материальную (морфологическую и анатомическую) и функциональную преемственность организмов, обусловливая их сходство. Наследственность реализуется в ходе наследования при размножении организмов, т. е. в процессе передачи информации о признаках и особенностях развития.
Наследственность неразрывно связана с изменчивостью – способностью организмов в ряду поколений приобретать новые признаки и свойства и утрачивать прежние. Изменчивость позволяет организмам быстро и эффективно приспосабливаться к изменяющимся условиям среды.

Свойства наследственности и изменчивости прослеживаются в пределах отдельных организмов и видов. Это, в частности, можно проследить на примере человека. Различия людей очевидны практически по любым признакам. Неодинаковы морфологические признаки (цвет волос, глаз, форма ушной раковины, носа и т. д.) и физиологические (обмен веществ, восприимчивость к болезням и др.). В то же время каждый человек в большей или меньшей степени похож на своих родителей, дедушек, бабушек или других кровных родственников.

Научные достижения генетики способствуют решению многих проблем, касающихся сущности жизни. Генетика занимает центральное место в системе биологических и медицинских наук. Она сыграла ведущую роль в разработке современной теории эволюции, стала основой для возникновения и развития молекулярной биологии.

Велико практическое значение генетики, поскольку она представляет собой теоретическую основу селекции полезных для человека микроорганизмов, сортов культурных растений и пород домашних животных, способствует успехам практической медицины. Помимо этого, генетические знания имеют важное мировоззренческое значение, поскольку позволяют человеку правильно понимать сущность природных процессов и явлений.

Основные этапы развития генетики. До начала ХХ в. попытки ученых объяснить явления, связанные с наследственностью и изменчивостью, имели в основном умозрительный характер. Постепенно было накоплено множество сведений относительно передачи различных признаков от родителей потомкам. Однако четких представлений о закономерностях наследования у биологов того времени не было. Исключением стали работы австрийского естествоиспытателя Г. Менделя.

Г. Мендель в своих опытах с различными сортами гороха установил важнейшие закономерности наследования признаков, которые легли в основу современной генетики. Результаты своих исследований Г. Мендель изложил в статье, опубликованной в 1865 г. в «Трудах Общества естествоиспытателей» в г. Брно. Однако опыты Г. Менделя опережали уровень исследований того времени, поэтому данная статья не привлекла внимания современников и оставалась невостребованной в течение 35 лет, вплоть до 1900 г. В этом году три ботаника – Г. Де Фриз в Голландии, К. Корренс в Германии и Э. Чермак в Австрии, независимо проводившие опыты по гибридизации растений, натолкнулись на забытую статью Г. Менделя и обнаружили сходство результатов своих исследований с результатами, полученными Г. Менделем. 1900 год считается годом рождения генетики.

Первый этап развития генетики (с 1900 примерно до 1912 г.) характеризуется утверждением законов наследственности в гибридологических опытах, проведенных на разных видах растений и животных. В 1906 г. английский ученый В. Ватсон предложил важные генетические термины «ген», «генетика». В 1909 г. датский генетик В. Иоганнсен ввел в науку понятия «генотип», «фенотип».

Второй этап развития генетики (приблизительно с 1912 до 1925 г.) связан с созданием и утверждением хромосомной теории наследственности, в создании которой ведущая роль принадлежит американскому ученому Т. Моргану и его ученикам. (Подробно о хромосомной теории наследственности см. § 42.)

Третий этап развития генетики (1925 – 1940) связан с искусственным получением мутаций – наследуемых изменений генов или хромосом (см. § 46). В 1925 г. русские ученые Г. А. Надсон и Г. С. Филиппов впервые открыли, что проникающее излучение вызывает мутации генов и хромосом. В это же время были заложены генетико-математические методы изучения процессов, происходящих в популяциях. Фундаментальный вклад в генетику популяций внес С. С. Четвериков.

Для современного этапа развития генетики, начавшегося с середины 50-х годов XX в., характерны исследования генетических явлений на молекулярном уровне. Этот этап ознаменован выдающимися открытиями: созданием модели ДНК, определением сущности гена, расшифровкой генетического кода. В 1969 г. химическим путем вне организма был синтезирован первый относительно небольшой и простой ген. Спустя некоторое время ученым удалось осуществить введение в клетку нужного гена и тем самым изменить в желаемую сторону ее наследственность.

Основные задачи современной генетики заключаются в познании новых закономерностей наследственности и изменчивости и в изыскании путей их практического использования.

Методы генетики. Основным методом исследования наследственности и изменчивости организмов является гибридологический анализ. В основу своих исследований этот метод впервые положил Мендель. Суть метода состоит в скрещивании (гибридизации) организмов, отличающихся друг от друга контрастными (альтернативными) признаками, и в детальном анализе данных признаков у полученных потомков гибридов.

Процесс материальной наследственности в поколениях отдельных клеток и организмов изучают на основе цитогенетического метода. Можно сказать, что этот метод служит для исследования количества, формы, размеров хромосом. В целях изучения функционирования хромосом и механизмов их самовоспроизведения при клеточном делении все чаще привлекают биохимические, биофизические и физиологические методы.

Действие гена и его проявление в индивидуальном развитии организма изучают с помощью феногенетического метода. В его основу входят такие приемы, как трансплантация наследственно различных тканей, пересадка ядер из одной клетки в другую, методы культуры тканей с получением клонов из одиночных соматических живых клеток и др.

Методы генетических исследований часто включают элементы математической статистики.

Исследования частоты распространения отдельных генов, генотипов, хромосомных аномалий в относительно обособленных человеческих популяциях осуществляют на основе популяционного метода. Этот метод позволяет предсказать распространение наследственных болезней, определить отрицательные последствия родственных браков, выявить генетическую историю человеческих популяций.

Генетика, как всякая наука, имеет свой предмет и методы исследования, обладает собственным терминологическим аппаратом (совокупностью понятий), теоретической базой: теориями, законами, закономерностями, правилами.

Вопросы и задания

  1. Что является предметом изучения генетики?
  2. Что такое наследственность и изменчивость?
  3. Как взаимосвязаны явления наследственности и изменчивости?
  4. Назовите существенные научные достижения, характерные для отдельных периодов развития генетики.

blgy.ru

Когда генетика сформировалась как наука, генетический принцип

Биология – это наука о живых организмах. По мере своего развития биология накопила очень много информации. Всю эту массу научной информации не в состоянии осмыслить и проанализировать один исследователь. Поэтому возникла необходимость в дифференциации этой науки. Так из биологии выделились ботаника (наука о растительных организмах), зоология (наука о животных организмах), микробиология и другие науки. В том числе из биологии выделилась и генетика.

Генетика – наука о наследственности и изменчивости живых организмов. Свое название получила от греческого слова genesis (происхождение). Датой рождения генетики считается 1900 год, когда независимо друг от друга три ученых Г. Де-Фриз, К. Корренс и Э. Чермак повторно открыли законы, установленные Г. Менделем в 1865 году. В настоящее время генетика занимает центральное место в биологии.

Наследственность – свойство живых организмов обеспечивать материальную и функциональную преемственность между поколениями, а также обуславливать специфический характер индивидуального развития организмов. Каждый вид животных и растений сохраняет в ряду поколений характерные для него черты: курица выводит цыплят, овца рождает ягнят, рожь воспроизводит рожь и т.д., причем каждый вид животных и растений, куда бы его не перевозили и в какие бы условия его не помещали, если он сохранит способность размножаться, воспроизведет свои особенности. Некоторые виды могут оставаться в течение миллионов лет относительно неизменными. Например, современный опоссум мало чем отличается от опоссума раннего мелового периода.

Наряду с явлением наследственности в предмет исследования генетики входит изучение изменчивости. Изменчивость – это различие между особями одного и того же вида, между предками и потомками по ряду признаков и свойств. Если мы внимательно проанализируем стадо коров черно-пестрой породы, то при общем сходстве животных этой породы мы обнаружим различия между ними по массе, форме и расположению пятен, форме рогов, развитию вымени, темпераменту и другим признакам. Среди животных нет двух организмов, полностью похожих друг на друга, за исключением однояйцовых близнецов.

Как и любая наука, генетика не может развиваться самостоятельно, вне связи с другими науками. Она постоянно заимствует знания и достижения других наук. В первую очередь необходимо отметить тесную связь генетики с эволюционным учением Ч. Дарвина, неотъемлемой частью которого она является. Основными критериями эволюции являются: измен-

чивость, наследственность и естественный отбор. Генетика также изучает эти явления и помогает понять и объяснить с научной точки зрения многие вопросы эволюции.

Значительное влияние на развитие генетики оказала цитология – наука о строении клетки. Без глубоких знаний цитологии невозможно понять материальную преемственность между поколениями. Как установлено, в клетке за наследственную информацию отвечают хромосомы. Именно эти органоиды клетки в большей степени интересуют генетиков.

Генетика также связана с биохимией, так как без знания химической природы гена невозможно представить процессы передачи наследственной информации и целенаправленного вмешательства в эти процессы. Общий раздел генетики и биохимии – это раздел нуклеиновые кислоты.

Использование в качестве объекта исследований вирусов и бактерий обусловило тесную связь генетику с микробиологией и вирусологией. В частности развитие генетической инженерии это и есть удачное соединение знаний и достижений этих наук.

Генетика в своих исследованиях широко использует математические методы, в первую очередь теорию вероятности и вариационную статистику. Впервые статистический метод удачно применил для выяснения закономерностей наследования признаков Г. Мендель. Особенно широко математические методы исследований применяют в настоящее время для изучения наследования хозяйственно – полезных признаков у животных, что привело к возникновению биометрии.

Теоретические знания, накопленные в процессе развития генетики, находят практическое применение. Эти знания используют селекционеры при создании новых сортов растений и пород животных. Таким образом, генетика связана с селекцией, разведением животных и племенным делом.

Методы генетики.Для познания закономерностей наследования признаков и их изменчивости генетика использует ряд методов. Основным методом является гибридологический. При этом методе для выявления закономерностей наследования того или иного признака проводится скрещивание особей, различающихся по этому признаку, и изучается полученное потомство в первом и последующих поколениях. Гибридологический метод впервые в своих исследованиях удачно применил Г. Мендель.

Генеалогический метод является одним из вариантов гибридологического. Наследование признака при этом изучают путем анализа передачи его потомству в целых семьях или родственных группах животных, для чего составляют родословные на несколько поколений предков, отдельных особей и целых семей. Генеалогический метод имеет большое значение при изучении наследственности человека и медленно плодящихся животных, к которым обычный гибридологический метод или не применим, или требует продолжительного времени для получения результатов опыта.

Цитологический метод применяют при изучении наследственности на уровне клетки и хромосом. Установлено, что многие дефекты и нарушения

в организме связаны с изменениями в числе и структуре хромосом. Поэтому при диагностике некоторых наследственных заболеваний человека и животных широко используется цитологический метод.

Биохимический метод используется в генетике для более глубокого анализа нарушений в обмене веществ и их строении. Этот метод используется при манипуляциях на уровне ДНК в генной инженерии.

Популяционно-статический метод применяется при обработке результатов скрещиваний, изучении изменчивости признаков и связи между ними. При использовании этого метода анализу подвергаются большие по численности массивы растительных или животных организмов. Этот метод является основным в биометрии.

Феногенетический метод применяется для установления степени влияния генов и факторов внешней среды на развитие признаков организма. При использовании этого метода изучаются особи с разной наследственностью или находящиеся в разных условиях среды.

Кроме названных методов, в генетике используются и другие методы: иммунологический, близнецовый, онтогенетический.

История развития генетики. Русские ученые-генетики.Мыслители и ученые задумывались над вопросами передачи наследственных признаков от родителей к детям со времен глубокой древности. Но в те далекие времена представления о наследственности и изменчивости были очень неточными и во многих случаях ошибочными. Вот как объяснял наследование признаков у человека древнегреческий ученый Эмпедокл: «Образование зародыша подчиняется во время беременности воображению женщин: часто они воспламеняются любовью к статуям или картинам и имеют детей, похожих на эти предметы».

Многочисленные исследования по гибридизации растений, проводившиеся в 18 и 19–х веках, постепенно вскрыли отдельные закономерности в наследовании признаков. Известный шведский ученый Карл Линней, создатель системы растительного и животного мира, занимался гибридизацией растений. Линней выдвинул теорию о наследовании материнских и отцовских признаков, пологая, что у растений и животных внутренние части и органы наследуются от матери, наружные – от отца.

В 1760-70 годах ботаник Кельрейтер в результате опытов по гибридизации табака установил, что гибриды имели признаки, промежуточные между признаками обоих родителей. Это свидетельствовало о передаче родительских признаков как через пыльцу, так и через семяпочки. Кельрейтер первым установил явление, связанное с более мощным развитием гибридов первого поколения (явление гетерозиса). Однако Кельрейтеру и ученым, работающим по гибридизации растений после него, не удалось раскрыть природу механизма наследственности. Это объясняется тем, что в то время еще не были известны цитологические основы наследственности.

Большой вклад в развитие генетики внесли Томас Найт, Огюстен Сарже, Шарль Ноден и другие.

Интересовали проблемы наследования признаков и Ч. Дарвина. Он сформировал свои взгляды на эту проблему в «гипотезе пангенезиса». Согласно этой гипотезе от каждой части тела отделяются особые частицы-геммулы. Эти частицы кровью переносятся к половым клеткам. В дальнейшем при развитии нового организма из каждой частицы формируется тот орган, к которому она принадлежала в родительском организме. В этой гипотезе правильным является факт передачи признаков через половые клетки, но в то же время ошибочно предположение о связи частей тела с половыми клетками посредством особых частиц – «геммул».

Известный немецкий ботаник Карл Негели предложил умозрительную гипотезу идиоплазмы. Основными положениями ее являются существование особой субстанции в клетке – идиоплазмы, которая играет роль носительницы наследственности, признание полной равноценности всех клеток организма в явлениях наследственности и допущение возможности наследования приобретенных свойств.

Значение умозрительных гипотез наследственности состояло прежде всего в том, что они поставили ряд вопросов, которые позже стали предметом экспериментальных исследований. Эти гипотезы внесли в науку несколько новых представлений, прежде всего, допущение существования особых носителей наследственных свойств – генов, которые кодируют информацию о признаках организма.

Впервые закономерности наследования признаков в полном объеме были открыты в 1865 году Г. Менделем, который на основании опытов по скрещиванию различных сортов гороха установил единообразие гибридов первого поколения, расщепление признаков в соотношении 3 : 1 во втором поколении и независимость наследования различных признаков. Эти открытия дали толчок к дальнейшим работам по проверке описанных закономерностей на других видах растительных и животных организмов. В результате была подтверждена их универсальность, и они приобрели статус законов.

В 1910 году Томас Морган с учениками, использовав качестве объекта исследований муху дрозофилу и опираясь на накопленные к тому времени данные цитологии, создали подтвержденную в дальнейшем цитологически хромосомную теорию наследственности. Согласно этой теории, гены локализуются в хромосомах в строго определенной для каждого из них линейной последовательности и на определенном расстоянии друг от друга.

С начала 40 годов начались интенсивные исследования явлений наследственности и изменчивости на молекулярном уровне.

В 1944 году американский ученый О. Эвери с сотрудниками показал, что ведущая роль в сохранении и передаче наследственной информации принадлежит ДНК. Это открытие послужило началом развития молекулярной генетики.

Дж. Уотсон и Ф. Крик в 1953 году расшифровали структуру молекулы ДНК. После этого стало ясно, каким способом кодируется наследственная информация о составе и структуре организмов. В дальнейшем, благодаря

научным работам Ниренберга и Очоа, был расшифрован генетический код. В 1969 году в США Корана с сотрудниками вне организма химическим путем синтезировал участок молекулы ДНК или простейший ген. Эта и другие работы легли в основу генной инженерии, которая бурно развивается в настоящее время.

Большой вклад в развитие мировой науки внесла наша отечественная генетика. Ученые нашей страны открыли ряд важнейших закономерностей наследственности и изменчивости.

Ю. А. Филипченко является создателем первой в России кафедры генетики в Петербургском университете. Им написано более десятка книг и брошюр по вопросам генетики.

Н. И. Вавилов провел большую по объему экспериментальную работу. Он организовал и осуществил более 10 экспедиций в малодоступные районы зарубежных стран по изучению центров происхождения культурных растений. Им написано 8 книг, создан Всесоюзный институт растений (ВИР) с широчайшей сетью отделений и опытных станций. Н. И. Вавилов был организатором и первым руководителем ВАСХНИЛ и института генетики АН СССР. Начав с экспериментальной работы в области генетики пшеницы и иммунитета растений. Н. И. Вавилов вскоре перешел к широкому изучению и обобщению собранных материалов по всем культурным растениям, что позволило ему открыть закон гомологичных рядов наследственной изменчивости. Н. И.

Когда возникла наука генетика?

Вавилов был талантливым организатором. В созданный им институт он приглашал крупнейших генетиков из зарубежных стран. Так, в этом институте работали ученые из США – К. Бриджес и Г. Меллер, болгарский ученый Д. Костов и другие.

Н. К. Кольцов – основоположник экспериментальной биологии. Он был блестящим организатором науки, сплотившим вокруг себя большое количество учеников, многие из которых впоследствии стали крупными учеными (А. С. Серебровский, С. С. Четвериков, Б. Л. Астауров и другие).

Г. А. Надсон совместно с Г. С. Филипповым в 1925 году провели исследования по изучению действия рентгеновских лучей на дрожжевые грибки. В их работе доказана возможность экспериментального получения мутантов под действием ионизирующих излу

spravkonew.ru

Этапы становления генетики как науки

Генетика — наука о закономерностях наследственности и изменчивости организмов

Генетика (в переводе с греческого — происходящий от кого-то) — наука о законах и механизмах наследственности и изменчивости. Генетика — часть общей биологии. Своими успехами современная генетика обязана в основном исследованиям, проведенным на растениях и насекомых, применительно к которым легко проследить результаты многочисленных направленных скрещиваний. Если бы изначально объектом исследования был человек, вряд ли удалось бы открыть ос­новные генетические законы так быстро. Но когда стало ясно, что за­коны генетики являются универсальными и применимы к человече­ским популяциям, появились новые возможности для исследований. Возник комплекс наук, изучающих проявления наследственности и изменчивости у человека (антропогенетика, популяционная генетика человека, иммуногенетика, фармакогенетика, поведенческая генети­ка, или психогенетика). В конечном итоге генетика человека внесла существенный вклад в общую генетику. Сама же она оказалась в довольно сложном положении и часто становилась ареной ожесточён­ной идеологической борьбы. Проблема заключается в том, что гене­тика человека неминуемо вторгается в сферу человеческих ценностей и этики, т. е. в социальную и философскую антропологию. Учитывая биосоциальную природу человека, необходимо соблюдать баланс между представлениями биологического характера и их возможными приложениями к развитию человеческих сообществ. Этими пробле­мами занимается биоэтика, которая сейчас бурно развивается.

Для обновления представлений в области генетики полезно ис­пользовать исторический подход, рассмотрев основные этапы ста­новления этой науки. Если начать из глубины веков, до возникнове­ния научных знаний, то можно сказать, что людям из жизненной практики было всегда понятно, что потомки каким-то образом полу­чают различные признаки (цвет глаз, особенности строения тела, го­лос, форма и цвет волос, характер, способности и т. д.) от своих роди­телей. Зачатки практической генетики можно проследить ещё в доисторические времена, когда одомашнивались животные и культи­вировались растения. В различных дошедших до нас источниках со­держатся некоторые элементарные знания и рекомендации генетиче­ского характера, например, относительно скрещивания лошадей или повышения урожайности растений. В Библии и Торе, например, есть многочисленные упоминания о различных наследственных заболева­ниях, причём по некоторым признакам можно утверждать, что в глу­бокой древности уделялось большое внимание родословным и их анализу. Однако основы современных представлений о механизмах наследственности были заложены только в середине XIX века.

Центральный вопрос генетики как науки

Центральным вопросом генетики всегда был вопрос о том, что является материальной осно­вой передачи свойств и качеств по наследству. В течение долгого времени считалось, что наследственность каким-то образом связана с кровью. Отсюда дошедшие до нас и укрепив­шиеся в разговорной речи выражения «родная кровь» и «кровное родство». Чарльз Дарвин (1809 — 1882 гг.), внесший огромный вклад в биологию и со­здавший эволюционную теорию и первую, т. н. биологическую теорию эмоций, полагал (в со­ответствии с уровнем науки в его время), что в крови содержатся некие субмикроскопические гипотетические единицы наследственности, которые он называл «геммулами». Теоретические взгляды Дарвина по­лучили название теории пангенезиса. Двигаясь с током крови, геммулы в конечном итоге концентрируются в половых структурах и обес­печивают передачу признаков потомству. Родительские признаки, смешиваясь, формируют новые свойства у потомства, что является важнейшей предпосылкой для естественного отбора. Взгляды Дарви­на, несмотря на умозрительность и некоторую наивность с точки зре­ния сегодняшнего дня, имели большое значение, поскольку в каче­стве непреложного факта выдвигали положение о материальной природе факторов наследственности.

То, насколько серьёзно относились к данной идее во времена Дарвина, свидетельствует следующий факт. Двоюродный брат Дарвина и также вы- дающийся ученый своего времени, основатель психогенетики, дифференциаль­ной психологии и психометрии Френсис Гальтон предпринимал эксперимен­тальную проверку этой гипотезы. Он переливал кровь чёрных кроликов белым, полагая, что этим удастся изменить окраску животных. Не получив резуль­тата, он опроверг точку зрения о нахождении факторов наследственности непосредственно в крови.

Научный этап в развитии генетики

Научный этап в развитии генетики, как известно, связан с име­нем Грегора Менделя (1822 — 1884 гг.). В 1865 году монах Грегор Мендель, занимав­шийся гибридизацией растений в Августинском монастыре в Брюнне (ныне Брно, на территории Чехии) представил на заседании местного обще­ства естествоиспытателей результаты исследова­ний о передаче по наследству признаков при скрещивании гороха. Сама работа Менделя «Опыты над растительными гибридами» была опубликована в трудах общества в 1866 г. Сфор­мулированные им закономерности наследования позже получили название законов Менделя. При жизни его работы не были оценены научным со­обществом. Слава первооткрывателя пришла к Менделю после его смерти, в начале XX века.

Основной заслугой Менделя стало то, что он доказал, что в половых клетках существуют особые дискретные факторы наследственности. Каждый такой фактор определяет кон­кретный признак организма. Наследственные факторы, переходя из поколения в поколение, не смешиваются и не разбавляются, как полагали Дарвин, Гальтон и другие ученые до Менделя, а сохраняют свою индивидуальность, т. е. ведут себя как независимые дискретные единицы. Залогом успеха Менделя был удачный выбор объекта ис­следований, тщательное планирование экспериментов, большое чис­ло наблюдений, предоставляющее возможность статистической обра­ботки данных.

Следует отметить, что и до Менделя многие учёные проводили подобные эксперименты на растениях, но ни один из них не получил таких точных и подробных данных, кроме того, они не смогли объяс­нить свои результаты с точки зрения механизма наследственности. Заслугой Менделя было то, что он следил отдельно за каждой парой альтернативных признаков отдельно, анализируя их частоты среди гибридов. Кроме того, Менделю в известном смысле «повезло» с вы­бором объекта исследований, поскольку у многих растений в силу взаимодействия генов признаки могут проявляться совсем не так, как у горошка. Известно, что Мендель лично разослал копии своей статьи ведущим профессорам европейских университетов, но не получил от­кликов. Почти 35 лет эти важнейшие результаты ждали своего часа. За этот период большой прогресс был достигнут в области клеточной биологии, что имело значение для развития генетики.

К концу XIX в. в результате улучшения оптических характери­стик микроскопов и совершенствования цитологических методов по­явилась возможность наблюдать поведение хромосом в гаметах (по­ловых клетках) и зиготах (делящихся оплодотворённых яйцеклетках). В 1875 г. Р. Гертвиг дал подробное описание слияния двух ядер — ядра спермия и ядра яйцеклетки при оплодотворении яиц морского ежа. В 1882 г. немецкий гистолог В. Флемминг описал по­ведение хромосом во время митоза (клеточного деления), а в 1902 г. Т. Бовери продемонстрировал роль ядра в регуляции развития при­знаков организма. Таким образом, была доказана важнейшая роль хромосом в клеточном ядре. Достижения цитологии и эмбриологии подготовили почву для дальнейшего развития учения о наследствен­ности и изменчивости.

В начале XX века данные Менделя вновь привлекли внимание в связи с исследованиями Карла Корренса, Эриха фон Чермака и Гуго Де Фриза по гибридизации растений (в частности, кукурузы), в кото­рых были подтверждены основные выводы о независимом наследо­вании признаков и о численных соотношениях при «расщеплении» признаков в потомстве. Вскоре английский натуралист Уильям Бэт­сон ввёл в употребление название новой научной дисциплины: генетика (в 1905 г. в частном письме и в 1906 г. публично). В 1909 году датский ботаник Вильгельм Йоханнсен впервые использовал термин «ген». Так он предложил именовать открытые Менделем факторы наследственности, содержащиеся в половых клетках. Им же были предложены понятия «генотип» и «фенотип».

Хромосомная теория наследственности

Следующим важным моментом стало формирование хромосомной теории наследственно­сти. Немецкий учёный Август Вейсман впервые предположил, что гены как наследственные факторы находятся в хромосомах, а амери­канские исследователи В. Сеттон, Э. Вильсон и Т. Морган доказали это предположение в серии исследований, объектом которых стала плодовая мушка дрозофила (Drosophila melanogaster).

С этого момента дрозофила становится излюбленным объектом для генетики ввиду небольшого числа хромосом (4 пары), короткого жизненного цикла и сравнительной лёгкости учета фенотипических проявлений. Хромосомная теория стала важным вкладом в развитие генетики. Изучение закономерностей сцепленного наследования поз­волило путём анализа результатов скрещиваний составить карты рас­положения генов в «группах сцепления» и сопоставить группы сцеп­ления с хромосомами (1910 — 1913 гг.). Таким образом, стало ясно, что гены расположены в хромосомах, причём в линейном порядке. В 1913 г. Альфред Стертевант составил первую генетическую карту хромосомы. В 1927 г. для обозначения изменений в генах был введен термин мутация, и было доказано, что мутации возникают под влия­нием ионизирующего излучения (Г. Меллер).

Понятие ген прочно вошло в науку. Ученые сформулировали основные свойства генов (единица хранения гене­тической информации, отвечающая за развитие признака, единица рекомбинации, элементарной функции и мутации), однако это понятие остава­лось абстрактным. Природа гена, его химическая структура, оставались загадкой. Высказывались множество предположений и гипотез. Одной из таких важных и продуктивных гипотез была ги­потеза белкового строения гена Н. К. Кольцова. Николай Константинович Кольцов (1872 — 1940 гг.) был директо­ром созданного им Института экспериментальной биологии АН СССР. Он по праву считается осно­вателем советской генетики, учителем целого по­коления учёных. Гипотеза Кольцова была умозрительной, она выдви­гала на роль носителей генетической информации белки. Кольцов рассматривал гены как боковые радикалы огромных белковых моле­кул (гемонем) хромосом. Несмотря на ошибочность основной идеи, гипотеза содержала важные положения, которые впоследствии вошли в современную теорию гена. Во-первых, это идея о том, что роль ге­нов выполняют полимерные химические структуры, во-вторых, предположение, что в силу своей нерегулярности именно биополиме­ры несут в особенностях своего строения генетическую информацию. Но самым главным достижением было то, что гипотеза Кольцова предусматривала механизм удвоения (репликации) генов посредством матричного синтеза (т. е. образования новой молекулы на матрице предыдущей со считыванием хранящейся информации).

Таким образом, уже в то время были заложены предпосылки для развития молекулярной генетики. Вопрос о молекулярной природе гена стал наиболее актуаль­ным, а наиболее вероятными кандидатами на эту роль считались белки. В этом была своя логика — белки были наибо­лее изучены, их многообразие представлялось практически неограни­ченным, можно было полагать, что именно они и есть хранители и переносчики информации. В то же время, накапливались и другие данные, которые позволяли предположить, что некую важную роль играют уже известные науке полимерные молекулы иного строения, а именно нуклеиновые кислоты.

Следует отметить, что само открытие нуклеиновых кислот про­изошло ещё во второй половине XIX в. Это открытие принадлежит швейцарскому физиологу Фридриху Мишеру, который в 1868 г. в ла­боратории Ф. Гоппе-Зейлера в Тюбингене (Германия) выделил из ра­невого отделяемого (т. е. из лейкоцитов гноя) ранее неизвестное вы­сокомолекулярное вещество с кислотными свойствами, названное им «нуклеином». В последующем он установил, что оно представляет со­бой смесь высокомолекулярной кислоты и щелочного белка, полу­чившего название «протамин». Вскоре аналогичные соединения бы­ли выделены из различных животных и растительных тканей. Однако роль нуклеиновых кислот в передаче и хранении наследственной ин­формации была ещё далека от выяснения. В 1935 г. М. Демерец в ста­тье «Что такое ген?» высказал предположение, что наследственность связана с молекулой ДНК, однако вплоть до 1953 г. вопрос о роли белков не был снят с повестки дня.

В то же время, ещё в 1928 г. бактериолог Фредерик Гриффит по сути уже обнаруживает молекулу наследственности, которая переда­ётся от бактерии к бактерии. В экспериментах Гриффита мышей за­ражали смесью микроорганизмов — живого невирулентного штамма пневмококков с вирулентным штаммом, но убитым нагреванием. Мыши заболевали пневмонией, и у них в крови обнаруживался живой вирулентный штамм. Такое могло происходить только в случае, как если бы убитые микроорганизмы трансформировали (например, пу­тём переноса какого-то фактора) живых, изменяя их свойства. Этот фактор получил название «трансформирующего начала». Необходи­мо было разобраться, что же является этим «началом».

Открытие ДНК и РНК

Ряд авторов (О. Эвери, К. Мак-Леод и М. Мак-Карти) в 1944 г. детально изучили явление трансформации микроорганизмов и убеди­тельно доказали, что этим фактором является дезоксирибонуклеино­вая кислота (ДНК). В 40-е — 50-е годы вклад в ломку старых представлений внесли также работы А. Тодда и Дж. Смита в Кембридже, Э.  Чаргаффа в Колумбийском университете и А. Н. Белозёрского в Московском университете. Все эти работы были посвящены изуче­нию структуры и функции ДНК и РНК (рибонуклеиновой кислоты).

Следует сказать, что проведенные в 20-е годы исследования биохимического характера однозначно установили химический со­став этих двух видов полимерных молекул. Стало точно известно, что ДНК состоит из 2-х типов азотистых оснований — пуриновых (адетт и гуанин) и пиримидиновых (цитозин и тимин), моносахарида дезоксирибозы и остатков фосфорной кислоты. В то же время, в составе РНК находили те же аденин и гуанин, однако пиримидины были представлены урацилом и тимином, а моносахарид — рибозой, а не дезоксирибозой. Эти качественные химические различия, впрочем, не объясняли пространственного строения молекул ДНК и РНК.

Исключительно большое значение для дальнейшего развития науки сыграли работы Э. Чаргаффа (1905 — 2002 гг.) в Колумбийском университете США. Он подвергал гидролизу ДНК и РНК из различных животных и растительных источни­ков и исследовал их нуклеотидный состав. Чаргафф отстаивал мысль о том, что все нуклеино­вые кислоты построены однотипно. Вскоре ему удалось установить, что существуют универ­сальные для всех биологических объектов за­кономерности состава ДНК, а именно равенство между общим содержанием пуринов и пиримидинов (ПУР=ПИР), равенство между аденином и тимином (А=Т), гуанином и цитозином (Г=Ц) и суммой структурных 6-аминогрупп и 6-кетогрупп (Г+Т=А+Ц). Кроме того, Э. Чаргафф выяснил, что соотношение (А+Т)/(Г+Ц) ви­доспецифично. Эти закономерности получили название «правил Чар­гаффа». Правила Чаргаффа достаточно ясно намекали на то, что в структуре ДНК аденин должен быть каким-то образом связан с тими­ном, а гуанин — с цитозином. До расшифровки пространственной структуры молекулы ДНК оставалось всего несколько лет.

Данный этап развития физикохимии биополимеров характери­зовался триумфом рентгеноструктурного анализа, разработанного физиками для анализа биологических молекул в кристаллическом со­стоянии. Нобелевская премия в области химии 1954 года была при­суждения американскому учёному Лайнусу Полингу за открытие пространственной структуры молекулы белка, т. н. α-спирали. Идея о спиральном строении биологических макромолекул доминировала в умах учёных. Законченность, ясность, полное соответствие физико­химических данных структурной модели и объяснение на этой основе функций структурных белков и ферментов производили большое впечатление. Несколько групп учёных подвергли рентгеноструктур­ному анализу молекулу ДНК и попытались построить соответствую­щие пространственные модели.

На этом направлении работали В. Эстбери и Л. Полинг в США, а также Моррис Уилкинс и Розалинд Фрэнклин в Кингз-колледже в  Великобритании. Ещё одну группу теоретиков, интересовавшихся дан­ной проблемой, составляли вирусо­лог Джеймс Уотсон и физик Френсис Крик. Именно Д. Уотсон и Ф. Крик, анализируя рентгенограммы, полу­ченные Розалинд Франклин, постро­или модель ДНК, которая оказалась верной (следует отметить, что такие попытки делались многими). Более всего по своим стереохимическим характеристикам рентгенографиче­ской картине соответствовала двух­цепочечная молекула, в которой рибозо-фосфатный скелет располагался на периферии, а пары азотистых ос­нований были обращены внутрь спирали, причем пары А-Т и Г-Ц да­вали физически равное расстояние и, таким образом, внешние разме­ры молекулы были неизменными по всей её длине. Самое главное, что Уотсон и Крик поняли, что цепи должны быть антипараллельны и комплементарны, причём одна из цепей служит матрицей для дру­гой. Становился понятным механизм репликации (удвоения) ДНК.

В статье, опубликованной Уотсоном и Криком в наиболее авто­ритетном научном журнале Nature была такая фраза: «Мы вполне от­даём себе отчёт в том, что установленное нами специфическое спари­вание непосредственно указывает на возможный механизм копирования вещества наследственности». Произошло событие эпо­хального значения, стали одновременно понятными структура моле­кулы наследственности и механизм передачи наследственной инфор­мации. Он предусматривал синтез новой копии молекулы ДНК на матрице уже имеющейся путем раскру­чивания цепей и «достраивания» на каждой из новой комплементарной антипараллельной цепи из отдельных нуклеотидов. Идея матричного синтеза Н. К. Кольцова сработала.

В течение ближайших лет были получены прямые доказательства того, что Уотсон, Крик и Уилкинс (разде­лившие Нобелевскую премию в обла­сти биологии и медицины в 1962 г., Ро­залинд Франклин умерла в 1958 г. в возрасте 37 лет) были абсолютно пра­вы. Меселсон и Шталь в 1958 г. опуб­ликовали статью, в которой с помощью хитроумного эксперимента доказали полуконсервативный характер репли­кации ДНК. Действительно, каждой па­ре новых клеток, образовавшихся при делении материнской клетки, достаётся по одной цепи материнской ДНК, в то время как вторая цепь достраивается по принципу комплементарности (соответствия) из строительного материала (дезоксирибозы, фосфата и 4-х видов азотистых оснований, формирующих строительные блоки ДНК — нуклеотиды). С этого момента начинается новый период развития генетики — эра молекулярной генетики, когда развитие науки пошло необычайно быстрыми темпами.

Источник: Розанов, В. А. Биология человека и основы генетики: Учебное пособие / В. А. Розанов. – Одесса: ВМВ, 2012. – 435 с.

Связанные статьи:

Связь биологии человека с другими науками

Гены, ДНК и РНК: понятие, структура, репликация, мутации

Гены или воспитание: что важнее?

12 факторов, определяющих ум человека

glazastik.com

Генетика | Наука | FANDOM powered by Wikia

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%93%D0%B5%D0%BD%D0%B5%D1%82%D0%B8%D0%BA%D0%B0


Фрагмент ДНК

Гене́тика (от греч. γενητως — порождающий, происходящий от кого-то[1][2][3]) — наука о закономерностях наследственности и изменчивости. В зависимости от объекта исследования классифицируют генетику растений, животных, микроорганизмов, человека и другие; в зависимости от используемых методов других дисциплин — молекулярную генетику, экологическую генетику и другие. Идеи и методы генетики играют важную роль в медицине, сельском хозяйстве, микробиологической промышленности, а также в генетической инженерии[4].

    Первоначально генетика изучала общие закономерности наследственности и изменчивости только на основании фенотипических данных.

    Понимание механизмов наследственности, то есть роли генов как элементарных носителей наследственной информации, хромосомная теория наследственности и т. д. стало возможным с применением к проблеме наследственности методов цитологии, молекулярной биологии и других смежных дисциплин.

    Сегодня известно, что гены действительно существуют и являются специальным образом отмеченными участками ДНК или РНК — молекулы, в которой закодирована вся генетическая информация. У эукариотических организмов ДНК свёрнута в хромосомы и находится в ядре клетки. Кроме того, собственная ДНК имеется внутри митохондрий и хлоропластов (у растений). У прокариот ДНК, как правило, замкнута в кольцо (бактериальная хромосома, или генофор) и находится в цитоплазме. Часто в клетках прокариот присутствует молекулы ДНК меньшего размера — плазмиды.

    1. Закон единообразия гибридов первого поколения
    2. Закон расщепления признаков
    3. Закон независимого наследования признаков

    Работы Грегора Менделя Править

    В 1865 году монах Грегор Мендель (занимавшийся изучением гибридизации растений в Августинском монастыре в Брюнне (Брно), ныне на территории Чехии) обнародовал на заседании местного общества естествоиспытателей результаты исследований о передаче по наследству признаков при скрещивании гороха (работа Опыты над растительными гибридами была опубликована в трудах общества в 1866 году). Мендель показал, что некоторые наследственные задатки не смешиваются, а передаются от родителей к потомкам в виде дискретных (обособленных) единиц. Сформулированные им закономерности наследования позже получили название законов Менделя. При жизни его работы были малоизвестны и воспринимались критически (результаты опытов на другом растении, ночной красавице, на первый взгляд, не подтверждали выявленные закономерности, чем весьма охотно пользовались критики его наблюдений).

    Классическая генетика Править

    В начале XX века работы Менделя вновь привлекли внимание в связи с исследованиями Карла Корренса, Эриха Чермака и Гуго Де Фриза по гибридизации растений, в которых были подтверждены основные выводы о независимом наследовании признаков и о численных соотношениях при «расщеплении» признаков в потомстве.

    Вскоре английский натуралист Уильям Бэтсон ввёл в употребление название новой научной дисциплины: генетика (в 1905 г. в частном письме и в 1906 г. публично). В 1909 году датским ботаником Вильгельмом Йогансеном введён в употребление термин «ген».

    Важным вкладом в развитие генетики стала хромосомная теория наследственности, разработанная, прежде всего, благодаря усилиям американского генетика Томаса Ханта Моргана и его учеников и сотрудников, избравших объектом своих исследований плодовую мушку Drosophila melanogaster. Изучение закономерностей сцепленного наследования позволило путём анализа результатов скрещиваний составить карты расположения генов в «группах сцепления» и сопоставить группы сцепления с хромосомами (1910—1913 гг.).

    Молекулярная генетика Править

    Эпоха молекулярной генетики начинается с появившихся в 1940—1950-х гг. работ, доказавших ведущую роль ДНК в передаче наследственной информации. Важнейшими шагами стали расшифровка структуры ДНК, триплетного кода, описание механизмов биосинтеза белка, обнаружение рестриктаз и секвенирование ДНК.

    Разделы генетики Править

    Модельные организмы Править

    Файл:Drosophila melanogaster - side (aka).jpg

    Изначально наследование изучалось у широкого диапазона организмов, однако учёные стали специализироваться на генетике конкретных видов. Модельными становятся те организмы, по которым уже накоплено много научных данных, которые уже исследовались и легко содержатся в лабораторных условиях. Модельные организмы выбирались отчасти благодаря удобности — короткому времени генерации (быстрой смены поколений) и возможности генетических манипуляций. В результате, в генетических исследованиях некоторые виды стали основными.[5]

    К широко используемым в генетических исследованиях модельным организмам относят бактерию Escherichia coli, растение Arabidopsis thaliana, дрожжи Saccharomyces cerevisiae, нематоду Caenorhabditis elegans, плодовую муху Drosophila melanogaster и обыкновенную домовую мышь (Mus musculus)

    1. ↑ Genetikos (γενετ-ικός). Henry George Liddell, Robert Scott, A Greek-English Lexicon. Perseus Digital Library, Tufts University.
    2. ↑ Genesis (γένεσις). Henry George Liddell, Robert Scott, A Greek-English Lexicon. Perseus Digital Library, Tufts University.
    3. ↑ Genetic. Online Etymology Dictionary.
    4. ↑ Большой энциклопедический словарь. Биология / Гл. ред. М.С. Гиляров. — 3-е изд. — Москва: Большая российская энциклопедия, 1999. — ISBN 5852702528.
    5. ↑ The Use of Model Organisms in Instruction. University of Wisconsin: Wisconsin Outreach Research Modules. Проверено 30 мая 2014.
    • Айала Ф., Кайгер Дж. Современная генетика: В 3 т. М.: Мир, 1987—1988. Т. 1. 295 с. Т. 2 368 с. Т. 3. 335 с.
    • Алиханян С. И., Акифьев А. П., Чернин Л. С. Общая генетика. — М.: Высш. шк., 1985. — 446 с.
    • Гершензон С. М. Основы современной генетики. — Киев: Наук. думка, 1983. — 558 с.
    • Гершкович И. Генетика. — М.: Наука, 1968. — 698 с.
    • Дубинин Н. П. Генетика. — Кишинёв: Штииница, 1985. — 533 с.
    • Жимулёв И. Ф. Общая и молекулярная генетика: учебное пособие для студентов университетов, обучающихся по направлению 510600 — Биология и биологическим специальностям. — 2-е, испр. и доп. — Новосибирск: Новосибирск : Сиб. унив. изд-во, 2003. — 478 с. — 2500 экз. — ISBN 5-94087-077-5
    • Инге-Вечтомов С. Г. Генетика с основами селекции. — М.: Высш. шк., 1989. — 592 с.
    • Клаг Уильям С., Каммингс Майкл Р. Основы генетики. — М.: Техносфера, 2007. — 896 с.
    • Льюин Б. Гены: Пер. с англ. — М.: Мир, 1987. — 544 с.
    • Пухальский В. А. Введение в генетику. — М.: КолосС, 2007. — 224 с. (Учебники и учеб. пособия для студентов высш. учеб. заведений)
    • Сингер М., Берг П. Гены и геномы: В 2 т. М.: Мир, 1998. Т. 1. 373 с. Т. 2. 391 с.


    • Страница 0 - краткая статья
    • Страница 1 - энциклопедическая статья
    • Разное - на страницах: 2 , 3 , 4 , 5
    • Прошу вносить вашу информацию в «Генетика 1», чтобы сохранить ее

    ru.science.wikia.com