Законы Менделя. Деление клетки

В профазе увеличивается объем ядра, и вследствие спирализации хроматина формируются хромосомы. К концу профазы видно, что каждая хромосома состоит из двух хроматид. Постепенно растворяются ядрышки и ядерная оболочка, и хромосомы оказываются беспорядочно расположенными в цитоплазме клетки. Центриоли расходятся к полюсам клетки. Формируется ахроматиновое веретено деления, часть нитей которого идет от полюса к полюсу, а часть — прикрепляется к центромерам хромосом. Содержание генетического материала в клетке остается неизменным (2n2хр).

В метафазе хромосомы достигают максимальной спирализации и располагаются упорядоченно на экваторе клетки, поэтому их подсчет и изучение проводят в этот период. Содержание генетического материала не изменяется (2n2хр).

В анафазе каждая хромосома «расщепляется» на две хроматиды, которые с этого момента называются дочерними хромосомами. Нити веретена, прикрепленные к центромерам, сокращаются и тянут хроматиды (дочерние хромосомы) к противоположным полюсам клетки. Содержание генетического материала в клетке у каждого полюса представлено диплоидным набором хромосом, но каждая хромосома содержит одну хроматиду (2nlxp).

В телофазе расположившиеся у полюсов хромосомы деспирализуются и становятся плохо видимыми. Вокруг хромосом у каждого полюса из мембранных структур цитоплазмы формируется ядерная оболочка, в ядрах образуются ядрышки. Разрушается веретено деления. Одновременно идет деление цитоплазмы. Дочерние клетки имеют диплоидный набор хромосом, каждая из которых состоит из одной хроматиды (2n1хр).

3. Гибридологический метод изучения наследственности. Законы Г. Менделя.

Генетика  – наука о наследственности и  изменчивости организмов. Развитие генетики – характерная черта биологии XX в. Генетика изучает законы наследственности и изменчивости, лежащие в основе эволюции органического мира и деятельности человека по созданию новых сортов культурных растений и пород домашних животных, как это установил еще Ч. Дарвин.

Наследственность  – это свойство организма передавать свои признаки и особенности развития следующим поколениям. Благодаря  наследственности все особи в пределах вида сходны между собой. Наследственность позволяет животным, растениям и микроорганизмам сохранять из поколения в поколение характерные черты вида, породы, сорта. 

Наследование признаков  осуществляется через размножение. При половом размножении новые поколения возникают в результате оплодотворения. Материальные основы наследственности заключены в половых клетках. При бесполом или вегетативном размножении новое поколение развивается или из одноклеточных спор, или из многоклеточных образований. И при этих формах размножения связь между поколениями осуществляется через клетки, в которых заключены материальные основы наследственности. 

Изменчивость – свойство организмов приобретать новые признаки в процессе индивидуального развития. Благодаря изменчивости особи в пределах вида различаются между собой. 

Следовательно, наследственность и изменчивость – два противоположных, но взаимосвязанных свойства организма. Благодаря наследственности сохраняется  однородность вида, а изменчивость, наоборот, делает вид неоднородным. 

Различия между особями  одного вида могут зависеть от изменения  материальных основ наследственности организма. Изменчивость определяется и внешними условиями. Каждому известно, что проявление свойств породы во многом зависит от условии содержания и кормления. 

 Гибридологический метод изучения наследственности. Основные закономерности передачи признаков  в ряду поколений при половом  размножении были впервые установлены  чешским ученым Грегором Менделем и  опубликованы в 1865 г. Его исследования долгое время не были правильно оценены. Лишь в 1900 г. они были как бы переоткрыты и подтверждены несколькими учеными и стали основой вновь возникшей отрасли биологии – генетики. Мендель проводил опыты на горохе. У этого растения много разных сортов, отличающихся друг от друга хорошо выраженными наследственными признаками. Имеются, например, сорта с белыми и пурпурными цветками, с высоким и низким стеблем, с желтыми и зелеными семенами, с гладкими и морщинистыми семенами и т. п. Каждая из указанных особенностей наследуется в пределах данного сорта. У гороха обычно происходит самоопыление, хотя возможно и перекрестное опыление.  

Мендель применил гибридологический метод исследования – скрещивание различающихся по определенным признакам родительских форм – и проследил проявление изучаемых признаков в ряду поколений. Мендель шел аналитическим путем: из большого многообразия признаков растений он вычленял одну или несколько пар противоположных друг другу признаков. 

Прослеживал проявление их в ряду следующих друг за другом поколений. Характерной чертой опытов Менделя был точный количественный учет проявления изучаемых признаков  у всех особей. Это позволило ему  установить определенные количественные закономерности в наследственности. Анализ закономерностей наследственности Мендель начал с моногибридного скрещивания – скрещивания родительских форм, наследственно различающихся лишь по одной паре признаков. 

Единообразие первого поколения гибридов 

Если скрестить  растения гороха с желтыми и зелеными семенами, то у всех полученных в  результате этого скрещивания растений первого поколения гибридов семена будут желтыми. Противоположный  признак (зеленые семена) как бы исчезает. В этом проявляется установленное Менделем правило единообразия первого поколения гибридов. В дальнейшем это явление получило название первого закона Менделя. 

Признак желтой окраски семян как бы подавляет  проявление противоположного признака (зеленая окраска) и все семена у гибридов F1 оказываются желтыми (единообразными). Явление преобладания признака получило название доминирования, а преобладающий признак называют доминантным. В рассматриваемом примере желтая окраска семян доминирует над зеленой. Противоположный, внешне исчезающий признак (зеленая окраска) называют рецессивным. 

Второй закон  Менделя. В потомстве от первого  поколения гибридов (во втором поколении  – F2) наблюдается расщепление: появляются растения с признаками обоих родителей  в определенных численных соотношениях. Желтых семян оказывается примерно в три раза больше, чем зеленых. Соотношение семян гороха с доминантными и рецессивными признаками близко к отношению 3:1. В опыте Менделя были получены следующие количественные отношения: желтых – 6022, зеленых – 2001. Аналогичные результаты дали опыты по изучению других пар признаков. Оказалось, пурпурная окраска венчика цветка доминирует над белой и во втором поколении гибридов дает то же расщепление 3:1; гладкая форма семян доминирует над морщинистой. Рецессивный признак в первом поколении гибридов не выявляется. В этом проявляется второй закон Менделя, получивший название закона расщепления: гибриды первого поколения F1 при дальнейшем размножении расщепляются; в их потомстве F2 снова появляются особи с рецессивными признаками, составляющие примерно четвертую часть от всего числа потомков.

Явление, при  котором часть гибридов второго  поколения несет доминантный  признак, а часть — рецессивный, называют расщеплением. Причем, наблюдающееся у гибридов расщепление не случайное, а подчиняется определенным количественным закономерностям. На основе этого Мендель сделал еще один вывод: при скрещивании гибридов первого поколения в потомстве происходит расщепление признаков в определенном числовом соотношении.

При моногибридном скрещивании гетерозиготных особей у гибридов имеет место расщепление по фенотипу в отношении 3:1, по генотипу 1:2:1.

Закон независимого комбинирования (наследования) признаков, или третий закон Менделя

Организмы отличаются друг от друга по многим признакам. Поэтому, установив закономерности наследования одной пары признаков, Г. Мендель перешел к изучению наследования двух (и более) пар альтернативных признаков. Для дигибридного скрещивания Мендель брал гомозиготные растения гороха, отличающиеся по окраске семян (желтые и зеленые) и форме семян (гладкие и морщинистые). Желтая окраска (А) и гладкая форма (В) семян — доминантные признаки, зеленая окраска (а) и морщинистая форма (b) — рецессивные признаки.

Скрещивая растение с желтыми и гладкими семенами с растением с зелеными и морщинистыми семенами, Мендель получил единообразное гибридное поколение F₁ с желтыми и гладкими семенами. От самоопыления 15-ти гибридов первого поколения было получено 556 семян, из них 315 желтых гладких, 101 желтое морщинистое, 108 зеленых гладких и 32 зеленых морщинистых (расщепление 9:3:3:1).

Анализируя  полученное потомство, Мендель обратил  внимание на то, что: 1) наряду с сочетаниями  признаков исходных сортов (желтые гладкие и зеленые морщинистые  семена), при дигибридном скрещивании появляются и новые сочетания признаков (желтые морщинистые и зеленые гладкие семена); 2) расщепление по каждому отдельно взятому признаку соответствует расщеплению при моногибридном скрещивании. Из 556 семян 423 были гладкими и 133 морщинистыми (соотношение 3:1), 416 семян имели желтую окраску, а 140 — зеленую (соотношение 3:1). Мендель пришел к выводу, что расщепление по одной паре признаков не связано с расщеплением по другой паре. Для семян гибридов характерны не только сочетания признаков родительских растений (желтые гладкие семена и зеленые морщинистые семена), но и возникновение новых комбинаций признаков (желтые морщинистые семена и зеленые гладкие семена).

4. Научные и социально – экономические предпосылки учения Ч. Дарвина. Основные положения теории Ч. Дарвина.

Создание  теории эволюции было обусловлено научными и социально-экономическими предпосылками, а также научной деятельностью  ее автора - англичанина Чарлза Дарвина.

Научные и  социально-экономические предпосылки

Англия первой половины XIX в. была страной развитой промышленности, сельского хозяйства и крупнейшей колониальной державой. В стране росла численность городского населения, осуществлялась интенсивная перестройка сельского хозяйства: увеличивалась концентрация земель в руках крупных фермеров, внедрялись севообороты, широко использовались удобрения и применялись машины для обработки почвы и ухода за растениями.

Развивающаяся промышленность, завоевание новых колоний  и оживленная торговля со многими  странами мира требовала от сельского  хозяйства больше сырья и продуктов питания для населения, в связи с чем стимулировалось развитие методов интенсивного растениеводства и животноводства. Осуществлялась интенсивная перестройка сельского хозяйства: увеличивалась концентрация земель в руках крупных фермеров, внедрялись севообороты, шире использовались удобрения и применялись машины для обработки почвы и ухода за растениями.

Однако существовавшие сорта растений, как и породы животных, не могли удовлетворить растущих потребностей, в связи с чем  быстрое развитие получила селекция - наука о выведении новых и улучшении существовавших сортов растений и пород животных. Главным методом селекции в то время был отбор и сохранение к разведению лучших сортов растений или пород животных.

В Англии появились  опытные селекционеры, которые в условиях крупнотоварного капиталистического производства, за относительно короткое время вывели много новых и ценных сортов полевых, огородных, декоративных растений и пород домашних животных (ряд пород крупного и мелкого рогатого скота, свиней, собак, кроликов, голубей, домашней птицы) с новыми полезными признаками. Достижения селекционеров свидетельствовали о том, что человек может изменять породы и сорта, приспосабливать их к своим потребностям путем искусственного отбора. Однако, несмотря на положения трансформизма об изменяемости природы, теории эволюции Ламарка, теории Ч. Лайеля о постепенных изменениях поверхности Земли под действием природных сил, успехах палеонтологии, сравнительной эмбриологии и систематики, утверждении клеточной теорией принципа развития живой природы, которая убедительно показала единство строения растений и животных, их работа не имела теоретического обоснования. И, возможно, она не имела бы его еще достаточно долго, если бы английское правительство для поисков сырья и новых рынков сбыта не организовывало бы специальные экспедиции, в которых принимали участие и ученые.

В одной из таких экспедиций совершил кругосветное путешествие в качестве натуралиста  молодой Ч. Дарвин, который был  свидетелем успехов английской селекции. В путешествии он собрал богатый фактический материал, послуживший источником при разработке теории эволюции, а в дальнейшем обобщил опыт селекционеров и умело использовал данные сельскохозяйственной практики для обоснования теории эволюции органического мира.

1. Искусственный отбор как движущий  фактор происхождения и выведения  новых сортов культурных растений  и пород домашних животных. Разработка  этой проблемы сыграла огромное  значение для формирования идеи  естественного отбора, являющейся центральным ядром дарвинизма.

2. Наличие  у живых организмов определенной (ненаследственной) и неопределенной (наследственной) изменчивости. Исключительное  значение наследственной изменчивости  в эволюции живых организмов.

3. "Борьба  за существование...", как писал сам Ч. Дарвин: "...в широком и метафорическом смысле, включая сюда зависимость одного существа от другого, а также подразумевая (что еще важнее) не только жизнь одной особи, но и успех ее в обеспечении себя потомством". Борьба за существование вытекает из геометрической прогрессии размножения организмов и многочисленных препятствий, сдерживающих неограниченное размножение. Дарвин особо подчеркивал, что "борьба за существование особенно упорна, когда она происходит между особями и разновидностями того же вида".