Основные проблемы генетики и механизм воспроизводства жизни. Соотношение генотипа и фенотипа. Генетика и эволюция

ФГОУ  ВПО ПЮИ ФСИН России

Факультет подготовки государственных и муниципальных  служащих

 

 

 

Специальность – «Юриспруденция»

 

Дисциплина «Концепции современного естествознания»

 

 

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

 

Тема № XX «Основные проблемы генетики и механизм воспроизводства жизни. Соотношение генотипа и фенотипа. Генетика и эволюция»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Псков

 

Оглавление

 

 

Введение             3

 

1. Основные проблемы генетики и механизм воспроизводства жизни   5

 

2. Соотношение генотипа и фенотипа               10

 

3. Генетика и эволюция                 13

 

Заключение                  17

 

Список использованной литературы               18

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Человечество  вот уже около тысячи лет изменяет выращиваемых им растения и животных. Можно сказать, что в Европе уже лет сто продукты питания изготавливают из культур, полученных методом отбора. Выращиваемые виды злаков, корнеплодов, домашних животных и т. д. получались путем скрещивания отобранных по желанию человека экземпляров. Нынешние зерновые не напоминают своих диких предков, коровы имеют мало сходства с буйволами.

В XX в. появились  новые методы селекции — молекулярно-генетические. Эти методы разработаны генетикой (от греч. genesis —происхождение) — наукой о законах наследственности и изменчивости организмов и методах управления ими. Ее достижения привели к развитию генной инженерии и биотехнологии. Генная инженерия отличается от селекции тем, что улучшает характеристики живых организмов путем пересадки в них чужого генетического материала. Таким образом, стирается барьер между видами, т. е. любому животному можно пересадить ген другого животного или даже растения, а растению — ген животного.

Важную роль в объединении генетики и эволюционной теории, в разработке генетики популяций, сыграли С.С. Четвериков, Н.П. Дубинин и другие русские ученые. В 40-50-е годы XX в. И.И. Шмальгаузен, опираясь на достижения генетики, конкретизировал учение о естественном отборе, выделив две его формы: стабилизирующий отбор и ведущий отбор.

Генетика — наука о наследственности, способах передачи признаков от родителей к детям, о механизмах индивидуальной изменчивости организмов и способах управления ею.

Исходные законы наследственности были открыты чешским  ученым Грегором Менделем в 1865 г. и переоткрыты  независимо от него Гуго де Фризом в Голландии, Карлом Корренсом в Германии и Эрихом Чермаком в Австрии. Они и есть основатели генетики. Вторым крупнейшим этапом в истории генетики явилось обоснование Г. Морганом хромосомной теории наследственности, согласно которой основную роль в передаче наследственной информации играют хромосомы клеточного ядра.

Генетика оформилась как наука после переоткрытия законов Менделя. Памятной датой в биологии стала весна 1953 года. Исследователи американец Д.Уотсон и англичанин Ф. Крик расшифровали «святая святых» наследственности – ее генетической код. Именно с той поры слово «ДНК» - дезоксирибонуклеиновая кислота стало известно не только узкому кругу ученых, но и каждому образованному человеку во всем мире. Бурный вековой период ее развития ознаменован в последние годы расшифровкой нуклеотидного состава «молекулы жизни» ДНК у десятков видов вирусов, бактерий, грибов и многоклеточных организмов. Полным ходом идет секвенирование (установление порядка чередования нуклеотидов) ДНК хромосом важных культурных растений — риса, кукурузы, пшеницы. В начале 2001 года было торжественно возвещено о принципиальной расшифровке у человека всего генома — ДНК, входящей в состав всех 23 пар хромосом клеточного ядра. Эти биотехнологические достижения сравнивают с выходом в космос.

Генетика различает  основные формы изменчивости; генотипическую, передаваемую по наследству, и фенотипическую, не передаваемую по наследству. Наиболее ярко наследственная изменчивость проявляется в мутациях — перестройках наследственного основания, генотипа организма. Крупная мутация всегда выражается в форме более или менее резкого наследственного морфофизиологического уклонения единственной особи среди многих других, остающихся неизменными. Но в большинстве случаев мутации имеют вид небольших уклонений.

Важно понять, что  мутации сами по себе не являются приспособительными изменениями, непосредственно направленными  на выживание организмов в данных определенных условиях. Они возникают  случайно, хотя и под воздействием внутренней и внешней среды, т.е. не беспричинно. Они зависят от условий среды и могут быть получены специальным воздействием ионизирующей радиации, химических реагентов и т.п.

В последние десятилетия  человечество наблюдает за стремительным  прогрессом генетики. Эта наука давно стала важнейшим достоянием человечества, к которому обращены надежды миллионов людей.

 

1. Основные проблемы генетики и механизм воспроизводства жизни

 

1.1. Современные представления о гене

 

Подобно тому, что в  физике элементарными единицами  вещества являются атомы, в генетике элементарными дискретными единицами наследственности и изменчивости являются гены. Хромосома любого организма, будь то бактерия или человек, содержит длинную (от сотен тысяч до миллиардов пар нуклеотидов) непрерывную цепь ДНК, вдоль которой расположено множество генов. Установление количества генов, их точного местоположения на хромосоме и детальной внутренней структуры, включая знание полной нуклеотидной последовательности, - задача исключительной сложности и важности. Ученые успешно решают ее, применяя целый комплекс молекулярных, генетических, цитологических, иммуногенетических и других методов.

 

1.2. Строение  гена

 

Согласно современным  представлениям, ген, кодирующий синтез определенного белка, у эукариот состоит из нескольких обязательных элементов. Прежде всего, это обширная регуляторная зона, оказывающая сильное влияние на активность гена в той или иной ткани организма на определенной стадии его индивидуального развития. Далее расположен непосредственно примыкающий к кодирующим элементам гена промотор – последовательность ДНК длиной до 80-100 пар нуклеотидов, ответственная за связывание РНК-полимеразы, осуществляющей транскрипцию данного гена. Вслед за промотором лежит структурная часть гена, заключающая в себе информацию о первичной структуре соответствующего белка.  Эта область для большинства генов эукариот существенно короче регуляторной зоны, однако ее длина может измеряться тысячами пар нуклеотидов.

Важная особенность  эукариотических генов – их прерывистость. Это значит, что область гена, кодирующая белок, состоит из нуклеотидных последовательностей двух типов. Одни – экзоны – участки ДНК, которые несут информацию о строении белка и входят в состав соответствующих РНК и белка. Другие – интроны, - не кодируют структуру белка и в состав зрелой молекулы и-РНК не входят, хотя и транскрибируются. Процесс вырезания интронов – «ненужных» участков молекулы РНК и сращивания экзонов при образовании и-РНК осуществляется специальными ферментами и носит название сплайсинг (сшивание, сращивание). Экзоны обычно соединяются вместе в том же порядке, в котором они располагаются в ДНК. Однако не абсолютно все гены эукариот прерывисты. Иначе говоря, у некоторых генов, подобно бактериальным, наблюдается полное соответствие нуклеотидной последовательности первичной структуре кодируемых ими белков.

 

1.3. Основные  понятия и методы генетики

 

Представители любого биологического вида воспроизводят подобные себе существа. Это свойство потомков быть похожими на своих предков называется наследственностью.

Несмотря на огромное влияние наследственности в формировании фенотипа живого организма, родственные особи в большей или меньшей степени отличаются от своих родителей. Это свойство потомков называется изменчивостью. Изучением явлений наследственности и изменчивости занимается наука генетика. Таким образом, генетика - наука о закономерностях наследственности и изменчивости. По современным представлениям, наследственность - это свойство живых организмов передавать из поколения в поколение особенности морфологии, физиологии, биохимии и индивидуального развития в определенных условиях среды. Изменчивость - свойство, противоположное наследственности, - это способность дочерних организмов отличаться от родителей морфологическими, физиологическими, биологическими особенностями и отклонениями в индивидуальном развитии. Наследственность и изменчивость реализуются в процессе наследования, т.е. при передаче генетической информации от родителей к потомкам через половые клетки (при половом размножении) либо через соматические клетки (при бесполом размножении).

Генетика как наука  решает следующие основные задачи:

• изучает способы хранения генетической информации у разных организмов (вирусов, бактерий, растений, животных и человека) и ее материальные носители;
• анализирует способы передачи наследственной информации от одного поколения организмов к другому;
• выявляет механизмы и закономерности реализации генетической информации в процессе индивидуального развития и влияние на их условий среды обитания;
• изучает закономерности и механизмы изменчивости и ее роль в приспособительных реакциях и в эволюционном процессе;
• изыскивает способы исправления поврежденной генетической информации.

Для решения этих задач  используются разные методы исследования.

Метод гибридологического анализа был разработан Грегором Менделем. Этот метод позволяет выявить закономерности наследования отдельных признаков при половом размножении организмов. Сущность его заключается в следующем: анализ наследования проводится по отдельным независимым признака; прослеживается передача этих признаков в ряду поколений; проводится точный количественный учет наследования каждого альтернативного признака и характер потомства каждого гибрида в отдельности.

Цитогенетический метод  позволяет изучать кариотип (набор  хромосом) клеток организма и выявлять геномные и хромосомные мутации.

Генеалогический метод  предполагает изучение родословных  животных и человека и позволяет устанавливать тип наследования (например, доминантный, рецессивный) того или иного признака, зиготность организмов и вероятность проявления признаков в будущих поколениях. Этот метод широко используется в селекции и работе медико-генетических консультаций.

Близнецовый метод основан  на изучении проявления признаков у однояйцевых и двуяйцевых близнецов. Он позволяет выявить роль наследственности и внешней среды в формировании конкретных признаков.

Биохимические методы исследования основаны на изучении активности ферментов и химического состава клеток, которые определяются наследственностью. С помощью этих методов можно выявить генные мутации и гетерозиготных носителей рецессивных генов.

Популяционно-статистический метод позволяет рассчитывать частоту встречаемости генов и генотипов в популяциях.

Введем основные понятия  генетики. При изучении закономерностей наследования обычно скрещивают особи, отличающиеся друг от друга альтернативными (взаимоисключающими) признаками (например, желтый и зеленый цвет, гладкая и морщинистая поверхность горошин). Гены, определяющие развитие альтернативных признаков, называются аллельными. Они располагаются в одинаковых локусах (местах) гомологичных (парных) хромосом. Альтернативный признак и соответствующий ему ген, проявляющийся у гибридов первого поколения, называют доминантным, а не проявляющийся (подавленный) называют рецессивными. Если в обеих гомологичных хромосомах находятся одинаковые аллельные гены (два доминантных или два рецессивных), то такой организм называется гомозиготным. Если же в гомологичных хромосомах локализованы разные гены одной аллельной пары, то такой организм принято называть гетерозиготным по данному признаку. Он образует два типа гамет и при скрещивании с таким же по генотипу организмом дает расщепление.

 

1.4. Проблемы, связанные с генной инженерией

Признавая очевидные  положительные качества генетически  модифицированных продуктов, многие ученые не спешат признавать благом форсирование их производства, предупреждая, что их распространение может иметь нежелательные последствия для человечества. Английские газеты уже окрестили такие продукты «едой Франкенштейна», т. е. порождением гения, способным обречь его же самого на гибель.

Что же настораживает  ученых? Специалисты «Гринпис» установили, что от пыльцы генетически измененной кукурузы гибнут не только насекомые — вредители, но и безвредные для нее бабочки — данаиды. Они же выяснили, что если питаться в течение нескольких месяцев картофелем компании «Монсанто», то желудок начинает вырабатывать ферменты, нейтрализующие лечебное действие антибиотиков группы канамицина. Американские исследователи из Пардуйского университета (штат Индиана) У. Мюир и Р. Хоуард установили, что самки генетически модифицированных лососей-гигантов привлекают в четыре раза больше самцов, чем их «естественные сестры». В результате с такой же скоростью — в четверо большей — распространяются в популяции лососей и их измененные гены. Но новые признаки еще не прошли стадию естественного отбора и поэтому оказываются недостаточно стойкими.