Основные этапы развития генетики

Введение. 

 

Генетика представляет собой  одну из основных, наиболее увлекательных  и вместе с тем сложных дисциплин  современного естествознания. Место  генетики среди биологических наук и особый интерес к ней определяются тем, что она изучает основные свойства организмов, а именно наследственность и изменчивость . 

 

В результате многочисленных – блестящих по своему замыслу  и тончайших по исполнению – экспериментов  в области молекулярной генетики современная биология обогатилась  двумя фундаментальными открытиями, которые уже нашли широкое  отражение в генетике человека, а  частично и выполнены на клетках  человека. Это показывает неразрывную  связь успехов генетики человека с успехами современной биологии, которая все больше и больше становится связана с генетикой. 

 

Первое – это возможность  работать с изолированными генами. Она получена благодаря выделению  гена в чистом виде и синтезу его. Значение этого открытия трудно переоценить. Важно подчеркнуть, что для синтеза  гена применяют разные методы, т.е. уже  имеется выбор, когда речь пойдет о таком сложном механизме  как человек. 

 

Второе достижение – это  доказательство включения чужеродной информации в геном, а также функционирования его в клетках высших животных и человека. Материалы для этого  открытия накапливались из разных экспериментальных  подходов. Прежде всего, это многочисленные исследования в области вирусо-генетической теории возникновения злокачественных опухолей, включая обнаружение синтеза ДНК на РНК-матрице. Кроме того, стимулированные идеей генетической инженерии опыты с профаговой трансдукцией подтвердили возможность функционирования генов простых организмов в клетках млекопитающих, включая клетки человека. 

 

Без преувеличения можно  сказать, что, наряду с молекулярной генетикой, генетика человека относится  к наиболее прогрессирующим разделам генетики в целом. Ее исследования простираются от биохимического до популяционного, с включением клеточного и организменного уровней. 

 

Но рассмотрим отдельно историю  развития генетики. 

 

 

  

 

Основные этапы развития генетики. 

 

Истоки генетики, как и  всякой науки, следует искать в практике. Генетика возникла в связи с разведением  домашних животных и возделыванием  растений, а также с развитием  медицины. С тех пор как человек  стал применять скрещивание животных и растений, он столкнулся с тем фактом, что свойства и признаки потомства зависят от свойств избранных для скрещивания родительских особей. Отбирая и скрещивая лучших потомков, человек из поколения в поколение создавал родственные группы – линии, а затем породы и сорта с характерными для них наследственными свойствами. 

 

Хотя эти наблюдения и  сопоставления еще не могли стать  базой для формирования науки, однако бурное развитие животноводства и племенного дела, а также растениеводства  и семеноводства во второй половине XIX века породило повышенный интерес  к анализу явления наследственности.  

 

Развитию науки о наследственности и изменчивости особенно сильно способствовало учение Ч. Дарвина о происхождении  видов, которое внесло в биологию исторический метод исследования эволюции организмов. Сам Дарвин приложил немало усилий для изучения наследственности и изменчивости. Он собрал огромное количество фактов, сделал на их основе целый ряд правильных выводов, однако ему не удалось установить закономерности наследственности. Его современники, так называемые гибридизаторы, скрещивавшие различные формы и искавшие степень  сходства и различия между родителями и потомками, также не смогли установить общие закономерности наследования.  

 

Еще одним условием, способствовавшим становлением генетики как науки, явились  достижения в изучении строения и  поведения соматических и половых  клеток. Еще в 70-х годах прошлого столетия рядом исследователей-цитологов (Чистяковом в 1972 г., Страсбургером в 1875 г.) было открыто непрямое деление соматической клетки, названное кариокинезом (Шлейхером в 1878 г.) или митозом (Флеммингом в 1882 г.). Постоянные элементы ядра клетки в 1888 г. по предложению Вальдейра получили название “хромосомы”. В те же годы Флемминг разбил весь цикл деления клетки на четыре главные фазы: профаза, метафаза, анафаза и телофаза. 

 

Одновременно с изучением  митоза соматической клетки шло исследование развития половых клеток и механизма  оплодотворения у животных и растений. О. Гертвиг в 1876 г. впервые у иглокожих устанавливает слияние ядра сперматозоида с ядром яйцеклетки. Н.Н. Горожанкин в 1880 г. и Е. Страсбургер в 1884 г. устанавливает то же самое для растений: первый – для голосеменных, второй – для покрытосеменных.  

 

В те же Ван-Бенеденом (1883 г.) и другими выясняется кардинальный факт, что в процессе развития половые клетки, в отличие от соматических, претерпивают редукцию числа хромосом ровно вдвое, а при оплодотворении – слиянии женского и мужского ядра – восстанавливается нормальное число хромосом, постоянное для каждого вида. Тем самым было показано, что для каждого вида характерно определенное число хромосом. 

 

Итак, перечисленные условия  способствовали возникновению генетики как отдельной биологической  дисциплины – дисциплины с собственными предметом и методами исследования.  

 

Официальным рождением генетики принято считать весну 1900 г., когда  три ботаника, независимо друг от друга, в трех разных странах, на разных объектах, пришли к открытию некоторых важнейших  закономерностей наследования признаков  в потомстве гибридов. Г. де Фриз (Голландия) на основании работы с энотерой, маком, дурманом и другими растениями сообщил “о законе расщепления гибридов”; К. Корренс (Германия) установил закономерности расщепления на кукурузе и опубликовал статью “Закон Грегора Менделя о поведении потомства у расовых гибридов”; в том же году К. Чермак (Австрия) выступил в печати со статьей (Об искусственном скрещивании у Pisum Sativum). 

 

Наука почти не знает неожиданных  открытий. Самые блестящие открытия, создающие этапы в ее развитии, почти всегда имеют своих предшественников. Так случилось и с открытием  законов наследственности. Оказалось, что три ботаника, открывших закономерность расщепления в потомстве внутривидовых  гибридов, всего-навсего “переоткрыли” закономерности наследования, открытые еще в 1865 г. Грегором Менделем и изложенные им в статье “Опыты над растительными гибридами”, опубликованной в “трудах” Общества естествоиспытателей в Брюнне (Чехословакия). 

 

Г. Мендель на растениях  гороха разрабатывал методы генетического  анализа наследования отдельных  признаков организма и установил  два принципиально важных явления:  

 

признаки определяются отдельными наследственными факторами, которые  передаются через половые клетки;

отдельные признаки организмов при скрещивании не исчезают, а  сохраняются в потомстве в  том же виде, в каком они были у родительских организмов.

Для теории эволюции эти  принципы имели кардинальное значение. Они раскрыли один из важнейших источников изменчивости, а именно механизм сохранения приспособленности признаков вида в ряду поколений. Если бы приспособительные  признаки организмов, возникшие под  контролем отбора, поглощались, исчезали при скрещивании, то прогресс вида был  бы невозможен. 

 

Все последующее развитие генетики было связано с изучением  и расширением этих принципов  и приложением их к теории эволюции и селекции. 

 

Из установленных принципиальных положений Менделя логически  вытекает целый ряд проблем, которые  шаг за шагом получают свое разрешение по мере развития генетики. В 1901 г. де Фриз формулирует теорию мутаций, в которой  утверждается, что наследственные свойства и признаки организмов изменяются скачкообразно  – мутационно. 

 

В 1903 г. датский физиолог растений В. Иоганнсен публикует работу “О наследовании в популяциях и чистых линиях”, в которой экспериментально устанавливается, что относящиеся к одному сорту внешне сходные растения являются наследственно различными - они составляют популяцию. Популяция состоит из наследственно различных особей или родственных групп – линий. В этом же исследовании наиболее четко устанавливается, существование двух типов измен6чивости организмов: наследственной, определяемой генами, и ненаследственной, определяемой случайным сочетанием факторов, действующих на проявление признаков. 

 

На следующем этапе  развития генетики было доказано, что  наследственные формы связаны с  хромосомами. Первым фактом, раскрывающим роль хромосом в наследственности, было доказательство роли хромосом в  определении пола у животных и  открытие механизма расщепления  по полу 1:1. 

 

С 1911 г. Т. Морган с сотрудниками в Колумбийском университете США  начинает публиковать серию работ, в которой формулирует хромосомную  теорию наследственности. Экспериментально доказывая, что основными носителями генов являются хромосомы, и что  гены располагаются в хромосомах линейно. 

 

В 1922 г. Н.И. Вавилов формулирует  закон гомологических рядов в  наследственной изменчивости, согласно которому родственные по происхождению  виды растений и животных имеют сходные  ряды наследственной изменчивости. Применяя этот закон, Н.И. Вавилов установил  центры происхождения культурных растений, в которых сосредоточено наибольшее разнообразие наследственных форм. 

 

В 1925 г. у нас в стране Г.А. Надсон и Г.С. Филиппов на грибах, а в 1927 г. Г. Мёллер в США на плодовой мушке дрозофиле получили доказательство влияния рентгеновых лучей на возникновение наследственных изменений. При этом было показано, что скорость возникновения мутаций увеличивается более чем в 100 раз. Этими исследованиями была доказана изменчивость генов под влиянием факторов внешней среды. Доказательство влияния ионизирующих излучений на возникновение мутаций привело к созданию нового раздела генетики – радиационной генетики, значение которой еще более выросло с открытием атомной энергии. 

 

В 1934 г. Т. Пайнтер на гигантских хромосомах слюнных желез двукрылых доказал, что прерывность морфологического строения хромосом, выражающаяся в виде различных дисков, соответствует расположению генов в хромосомах, установленному ранее чисто генетическими методами. Этим открытием было положено начало изучению структуры и функционирования гена в клетке. 

 

В период с 40-х годов и  по настоящие время сделан ряд  открытия (в основном на микроорганизмах) совершенно новых генетических явлений, раскрывших возможности анализа  структуры гена на молекулярном уровне. В последние годы с введением  в генетику новых методов исследования, заимствованных из микробиологии мы подошли к разгадке того, каким  образом гены контролируют последовательность расположения аминокислот в белковой молекуле. 

 

Прежде всего, следует  сказать о том, что теперь полностью  доказано, что носители наследственности являются хромосомы, которые состоят  из пучка молекул ДНК. 

 

Были проведены довольно простые опыты: из убитых бактерий одного штамма, обладающего особым внешним  признаком, выделили чистую ДНК и  перенесли в живые бактерии другого  штамма, после чего размножающиеся бактерии последнего приобрели признак  первого штамма. Подобные многочисленные опыты показывают, что носителем  наследственности является именно ДНК.  

 

В 1953 г. Ф. Крик (Англия) и Дж. Уотстон (США) расшифровали строение молекулы ДНК. Они установили, что каждая молекула ДНК слагается из двух полидезоксирибонуклеиновых цепочек, спирально закрученных вокруг общей оси. 

 

В настоящее время найдены  подходы к решению вопроса  об организации наследственного  кода и экспериментальной его  расшифровке. Генетика совместно с  биохимией и биофизикой вплотную подошла к выяснению процесса синтеза белка в клетке и искусственному синтезу белковой молекулы. Этим начинается совершенно новый этап развития не только генетики, но и всей биологии в целом. 

 

Развитие генетики до наших  дней – это непрерывно расширяющийся  фонт исследований функциональной, морфологической  и биохимической дискретности хромосом. В этой области сделано уже много сделано уже очень много, и с каждым днем передний край науки приближается к цели – разгадки природы гена. К настоящему времени установлен целый ряд явлений, характеризующих природу гена. Во-первых, ген в хромосоме обладает свойством самовоспроизводится (авторепродукции); во-вторых, он способен мутационно изменяться; в-третьих, он связан с определенной химической структуры дезоксирибонуклеиновой кислоты – ДНК; в-четвертых, он контролирует синтез аминокислот и их последовательностей в белковой молекулы. В связи с последними исследованиями формируется новое представление о гене как функциональной системе, а действие гена на определение признаков рассматривается в целостной системе генов – генотипе. 

 

Раскрывающиеся перспективы  синтеза живого вещества привлекают огромное внимание генетиков, биохимиков, физиков и других специалистов.