История генетики: её прошлое и перспективы

ГОУ Гимназия №1505

«Московская городская  педагогическая гимназия-лаборатория»

 

 

 

 

 

 

 

 

Реферат

История генетики: её прошлое и перспективы

 

 

 

 

 

Автор: ученица 9 класса «Б»

Чернова И.А.

Руководитель: Кудряшова Е.Е.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 Москва

2012

 

 

 

 

Оглавление

 

 

Введение………………………………………………….………………………3

Глава 1………………………………………………………………...….…......6

Глава 2......................................................................................12

Заключение................................................................................17

Список литературы.....................................................................18

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

³ Отдалённой предпосылкой науки можно считать мифологию, в которой впервые была реализована попытка построить целостную, всеобъемлющую систему представлений об окружающей человека действительности. 

Актуальность  исследования. 

Люди с древности интересовались вопросами наследования признаков. В мифах они отражали своё представление о принципах размножения и передачи наследственной информации. Например, в Древнем Египте жрецы Мемфиса держали священного быка, который отождествлялся с богом Птахом, покровителем города. Бык должен был быть обязательно чёрным с белыми отметинами определённой формы. Для того чтобы всегда иметь возможность найти такого быка, жрецы держали большое стадо коров и быков с подобными признаками и скрещивали их. Таким экспериментальным образом они усвоили основные механизмы наследования признаков. Но люди никак не могли найти этот механизм работы генов наследования признаков, и поэтому тайны генетики оставались нераскрытыми на протяжении многих столетий.

Но если механизмы наследования признаков широко использовались в  быту людьми ещё с древности, то появляется вопрос «Была ли необходимость появления генетики как научного знания?». Да, была, так как открылось огромное количество тех возможностей, которых не было у древних людей, например, селекционировать или лечить тяжёлые заболевания. Генетические познания применялись во многих отдельных, независимых науках (анатомия, эволюция), и если бы эти познания не изучались как единое целое, то генетики как науки не существовало бы вообще. Генетика как наука позволила более подробно познавать мир и улучшать его (цели исследований направлены именно на это).

 «Отцом» генетики как науки стал чешский монах Грегор Мендель, который опубликовал свои доклады об опытах по скрещиванию растений гороха. Его статьям не придали особого значения, и только в начале XX века биологи, проведя эксперименты над различными организмами, подтвердили гипотезу Менделя. С тех пор генетика стала активно развиваться, о чем свидетельствуют даты научных открытий:

• 1865 Грегор Мендель делает доклад Опыты над растительными гибридами.
• 1869 Фридрих Мишер открыл главную составную часть ядер, названную им нуклеином (Nuclein) – впоследствии ДНК.
• 1885 Август Вейсман высказывает предположение, что количество хромосом в половых клетках должно быть вдвое меньше, чем в соматических клетках – основной принцип мейоза.
• 1901 Публикация работы Хуго Де Фриза The Mutation Theory (Мутационная теория — раздел генетики, являющийся основой генетической изменчивости и эволюции).
• 1903 Теодор Бовери и Уильям Сэттон независимо друг от друга высказывают предположение о том, что хромосомы являются носителями наследственности.
• 1905 Уильям Бэтсон в письме к Адаму Сэджвику вводит термин генетика.
• 1908 Харди и Вайнберг открывают закон, впоследствии названный их именами (При соблюдении определенных условий(большая численность популяции, свободное скрещивание, отсутствие миграций особей и мутаций) в популяции соблюдается соотношение признаков, описываемое соотношением: p2(AA): 2pq (Aa): q2(aa), где А и а аллели несцепленного с полом гена, p частота аллеля А, q частота аллеля а).
• 1910 Томас Хант Морган доказывает, что гены расположены в хромосомах.
• 1913 Альфред Стёртевант составляет первую генетическую карту хромосомы дроздофил.
• 1918 Рональд Фишер публикует работу «On the correlation between relatives on the supposition of Mendelian inheritance», которая знаменует начало работ по созданию Синтетической теории эволюции, в которой основным двигателем эволюционного процесса, хоть и случайным, является мутационный процесс
• 1928 Фредерик Гриффит обнаруживает молекулу наследственности, которая передаётся от бактерии к бактерии.
• 1931 Барбара МакКлинток доказала связь между кроссинговером (перекрёстом хромосом) и рекомбинацией (процесс обмена генетическим материалом путем разрыва и соединения молекул ДНК в гомологичных хромосомах).
• 1941 Эдвард Тейтем и Джордж Бидл показывают, что в генах закодирована информация о структуре белков.

Помимо основного направления  генетики (классической) появляются различного рода ответвления (например, селекция, генная инженерия, популяционная, радиационная генетика и т.д.). В 30-60-ых годах в СССР считалось, что генетика-лженаука, учёные выдумали гены («ведь их никто не видел»), а потому была запрещена вследствие политических вмешательств. В наше время к генетике стал снова проявляться большой интерес, особенно к генам живых организмов, их свойствам и улучшении (например, евфеника), над этим проводятся многочисленные эксперименты. Но также существует множество заблуждений, связанных с генетикой. Одно из самых распространённых – это про мутацию, что это нечто страшное, чудовищное, несовместимое с привычной для людей жизнью; или то, что древние люди считали реальностью скрещивания разных видов живых организмов (человек + лошадь = кентавр, привожу пример из мифологии, так как человек через мифы выражал свое мировосприятие).

Моей целью является проследить этапы развития генетики, проанализировать её перспективы и доказать, что генетика – это наука, со всеми ее аспектами.

Моими задачами являются:

-изучить несколько источников информации;

-выделить этапы генетики  как науки;

-сравнить и обобщить  данные;

-раскрыть основные  события, давшие генетике направление,  подтолкнувшие на дальнейшие  развития;

-описать перспективы развития генетики как фундаментальной, так и прикладной науки.

Как основные научные источники  мною были выбраны несколько книг:

«Генетика» Б.Гуттмана, Э.Гриффитса, Д.Сузуки, Т.Куллис излагает основные понятия генетики как науки и формирует основу для более полного понимания современных задач, поставленных учёными для дальнейшего исследования; «Генетика человека» Шевченко В.А., Топориной Н.А., Стволинской Н.С. рассматривает генетику человека и перспективу ее использования в медицине.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Глава 1

¹ «Отцом» генетики считается Грегор Мендель(1822-1884 гг.), но впервые генетика как наука стала рассматриваться только в начале XX века. Вторичное открытие менделевских законов наследственности произошло в 1900 году учёными из Голландии Х. Де Фризом, Германии К. Корренсом и Австрии Э.Чермаком, что и стало «источником» генетики. Основоположниками считаются одни из самых выдающихся ученых, имена которых следуют далее:

• Голландский генетик Хуго Де Фриз, обосновавший Mutation Theory (Мутационная теория) в 1901 (теория о том, что ген может мутировать в любое время;
• Английский биолог Уильям Бэтсон, введший термин генетика в 1905.
• Американский биолог Томас Хант Морган и его ученики, открывшие хромосомную теорию наследственности в 1909 году (теория о том, что внутри клеточного ядра располагаются хромосомы, в которых находятся гены, несущие в себе наследственную информацию);
• Датский генетик В. Иоганнсен, введший термин «ген» в 1909.

После этих грандиозных событий, ознаменовавших собой начало существования генетики как науки, учёные продолжили свои исследовательские работы, которые позволили проникнуть в неизведанный мир генетики. Благодаря современным технологиям (нанотехнологии) учёные имеют больше возможностей познавать тайны этой науки и делать новые более точные открытия, двигающие прогресс развития вперёд.

Современная генетика изучает наследственность и изменчивость организмов, предметом  исследований является молекула ДНК. С  помощью новых открытий врачи  стали способны контролировать практические любые физиологические процессы, останавливать биосинтез белка в клетке, прерывать развитие на определённой стадии. Методы – центрифугирование, рентгенография, хромография, полимеразная цепная реакция (ЦПР) и метод меченых атомов. Особенностью генетики является изучение изменчивости и наследования признаков.

Американский цитолог, основоположник цитогенетики Э.Б. Уилсон в 1912 публикует свой труд «Клетка и её роль в наследственности и эволюции». Раньше полагалось, что гены состоят из белков, хотя нуклеиновые кислоты также немаловажны. Э.Уилсон в одном своём издании говорил, что «стройматериалом» генов являются белки, а в другом – нуклеиновые кислоты. Только в 1952-1953 стало окончательно известно, что ДНК и её структура определяет наследственность – способность живых организмов передавать генетические свойства и особенности из одного поколения в другое. Сюда же можно отнести такое биологическое свойство как изменчивость, то есть  разнообразие признаков среди представителей одного вида и свойство потомков отличаться от предыдущих поколений.

Советский учёный-генетик С.С. Четвериков – основоположник эволюционной генетики, в основу которой легла его научная работа «О некоторых моментах эволюционного процесса с точки зрения современной генетики», опубликованная в 1926 году. Эволюционная генетика – это наука о наследственных свойствах генов у живых организмов. Она показывает механизмы закрепления изменений в организме, случайный и направленный характер эволюции. Эволюционная генетика стала доказательной базой современной синтетической теории эволюции.

Другой советский учёный-биолог Н.К. Кольцов предположил гипотезу о матричной репродукции (удвоение) хромосом в 1928. Репродукция – то же, что репликация. Сам термин «репликация» заимствован из вычислительных технологий.

Американские генетики Э. Тэйтем и Д.У. Бидл в 1944 открыли механизмы регуляции генами всех процессов жизнедеятельности организма на примере плодовой мушки Drosophila. Дрозофила представляет собой универсальный предмет изучения генетики, модель, так как имеет всего 8 хромосом, быстро размножается (за небольшой промежуток времени можно наблюдать несколько поколений), довольно хорошо проявляются мутации.

Английский врач Ф. Гриффит известен своим экспериментом с бактериями Diplococcus pneumoniae и мышами, у которых эти бактерии вызывали летальную пневмонию (то есть со смертельным исходом). Он вводил мышам смесь живых клеток бактерий (штамм IIIR, не приносивших им вреда) и мёртвых (штамм IIIS, возбуждавших болезнь), вследствие чего зверьки погибали. Штамм – культура микроорганизмов. Ф. Гриффит предположил нахождение трансформатора материала в бактериальных клетках. Эксперимент был проведён в 1928 году. Таким образом, он обнаружил, что вещество умерших клеток может переносить свою наследственную информацию живым клеткам.

Американский биолог Освальд Т. Эйвери и его коллеги в 1944 году доказали, что фактором трансформации служит ДНК. Они разрушали белки и другие всевозможные вещества клетки, но при этом трансформация продолжалась. Когда они разрушили ДНК, изменения в клетках прекратились.

Большой вклад в науку принесли итальянский микробиолог Сальвадор Лурия, американский А.Д. Херши и немецкий Макс Дельбрюк. Они способствовали открытиям структуры и принципов функционирования генов, изучав размножения бактериофагов (вирусов- «пожирателей» бактерий) в начале 1940-ых годов.

Классическим доказательством  того, что генетическая информация находится в молекулах ДНК, является эксперимент Альфреда Херши, проведённый в 1952 совместно с Мартой Чейз. Они, зная, что бактерии состоят наполовину из ДНК (содержит фосфор P, но нет серы S), а наполовину из белков (есть сера S, но нет P), поместили одну часть фагов в среду с питательной смесью с радиоактивной серой ³⁵S, а другую вырастили на питательной среде с радиоактивным фосфором ³²P. В итоге, оказалось, что клетки бактерий, заражённые фагом ³⁵S, были менее радиоактивны, чем клетки с фагом ³²P. Исследователи показали, что потомство фагов содержит большую часть радиоактивной ДНК и практически не имеет в составе радиоактивного белка. А так как развитие потомства зависит от внедряемого материала, из этого был сделан правильный вывод: функция (одна из) ДНК – перенос информации о постройке белков.

В тоже время Э. Чарграфф установил, что нуклеотиды в НК (аденин А, гуанин G, цитозин C, тимин T, в РНК тимин заменяется урацилом U – азотистые основания, составляющие нуклеотидов) содержатся не в равных пропорциях, а наблюдается следующее соотношение:

1) количество А равно Т, а  количество G = С

2) общее количество пуринов (А+G) соответствует общему количеству пиримидов (С+Т)

Пиримидовые основания – азотистые основания НК – С, Т (U), образующие собой кольцо из 6 атомов. Пуриновые основания – азотистые основания НК – А и G, образующие кольцо из 5 атомов. Связываясь, кольца строят молекулы ДНК. Сами основания соединяются по принципу комплиментарности, то есть соответствия друг другу (рис. 1)