Полная версия

Главная arrow География arrow ГЕНЕТИКА В 2 Ч. ЧАСТЬ 1

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

ВВЕДЕНИЕ В КУРС

Основные этапы развития генетики

Генетика изучает два неразрывно связанных свойства живых организмов - наследственность и изменчивость.

Слово «генетика» придумал У. Бэтсон в 1906 г., он же определил новую науку как физиологию наследственности и изменчивости.

Знаменитый генетик Ф. Добжанский утверждат, что «все в биологии обретает смысл лишь в свете эволюционного учения». По мнению современных американских ученых Франсиско Айала и Джона Кайгера, любой факт в биологии становится понятным лишь в свете генетики. Генетика - это сердцевина биологических наук; лишь в рамках генетики разнообразие жизненных форм и процессов может быть осмыслено как единое целое.

Так называемая современная генетика - совсем молодая наука, однако гипотезы о природе наследственности высказывались еще на самой заре истории культуры. Они отчасти основывались на наблюдении человека над самим собой, а отчасти возникали на основе опыта выращивания растений и разведения животных.

Например, в Римской империи животноводству уделялось большое внимание, причем на племя оставляли именно тех животных, которые обладали наиболее ценными с точки зрения человека качествами.

В древние времена высказывались также предположения о причинах существования двух разных полов и природе определения пола. Долгое время считали, что один из семенников самца дает половые продукты, определяющие мужской пол, а другой - определяющие женский пол. Пытались даже ставить опыты на баранах и быках: удаляли у производителей один из семенников, стремясь повысить в потомстве долю самок, однако получавшиеся при этом результаты не соответствовали ожиданиям. Тогда было сделано предположение, что пол определяется относительным количеством вводимых половых продуктов.

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, таким образом, все органы тела непосредственно влияют на признаки потомства.

Точку зрения Гиппократа оспаривал Аристотель (IV в. до н. э.). Он был сторонником 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, сформулированную в 1868 г. Согласно этой теории у растений или животных все клетки «отделяют от себя крошечные геммулы, рассеянные по всему организму». Геммулы попадают в репродуктивные органы, и таким образом признаки передаются потомкам.

Эта гипотеза была экспериментально проверена в 1871 г. Ф. Гальто- ном, двоюродным братом Ч. Дарвина. Гальтон переливал кровь черных кроликов белым, а затем скрещивал реципиентов, однако в трех поколениях животных не нашел каких-либо изменений окраски.

В 1694 г. Рудольф Якоб Камерариус опубликовал работу, в которой на основании опытов со шпинатом, коноплей и кукурузой показал, что для завязывания семян необходимо опыление. Из этих опытов Камерариус сделал вывод, что растения так же, как и животные, обладают половой диффе- ренцировкой. Кроме того, он высказал предположение, что опыление растения одного вида пыльцой другого вида может привести к появлению новых форм.

Уже в начале XVIII в. начали получать гибриды и описывать их. Однако научный мир еще не был убежден, что у растений действительно существует пол.

В 1760 г. Линней получил премию Петербургской Академии наук за работу «Исследование пола у растений», в которой описано получение гибридов между разными видами растений.

Первые настоящие научные исследования гибридизации принадлежат Йозефу Готлибу Кельрейтеру, опубликовавшему свои работы в 60-х гг. XVIII в. Он работал с 54 видами растений, принадлежавших к 13 родам. Ученый представлял себе процесс оплодотворения следующим образом: пыльца и рыльце выделяют секреты, которые перемешиваются, а затем смесь всасывается с рыльца в семяпочку, стимулируя разрастание последней. Кельрейтер установил, что гибриды можно получать лишь при скрещивании относительно близкородственных видов. Чаще всего гибриды стерильны, но в ряде случаев они бывают более крупными и мощными, чем родительские формы. Им было установлено, что пыльца передает наследственные признаки столь же успешно, как семяпочка.

В 50-х гг. XVIII в. в Швеции происходила так называемая «овсяная битва». Некоторые исследователи заявляли, что при определенных условиях овес может превращаться в рожь. После ожесточенной полемики Линней и его ученик Петр Форскал победили, доказав, что таких превращений овса не бывает.

Основы классической генетики были заложены открытиями Грегора Менделя, сделанными в 1860-1865 гг. и опубликованными в виде работы «Опыты над растительными гибридами», в которой были сформулированы законы непрямого наследования. Хотя Мендель имел немало предшественников, никто из них не обладал способностью работать с такой необычной точностью, как Мендель, и не сумел объединить факты в стройную логичную теорию.

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.

Законы Менделя были вторично открыты в 1900 г. независимо тремя учеными, получившими результаты, сходные с выводами Менделя, и признавшими его приоритет. Это были Гуго де Фриз из Голландии, Карл Кор- ренс из Германии и Эрих Чермак из Австрии. К. Корренс и Э. Чермак еще раз продемонстрировали справедливость менделевских закономерностей для гороха, а Г. де Фриз подтвердил это сразу для 16 видов растений. После этого многие биологи заинтересовались генетикой. Первоочередной задачей было показать, что принципы Менделя приложимы не только к растениям, но и к животным. Эго было сделано в первые же годы XX в. в основном Люсьеном Кено во Франции, Вильямом Бэтсоном в Англии и Вильямом Кастелем в США. Вскоре последовали новые важные открытия.

Что же изменилось за 35 лет после менделевских открытий, что позволило понять его работы? Прежде всего сформировалась и развилась клеточная теория, основы которой были заложены Т. Шванном и М. Шлей- деном в 1838-1839 гг.

До хромосомной гипотезы оставался один шаг. Его сделал У. Сэт- тон, обративший внимание на поразительный параллелизм в поведении менделевских факторов и хромосом. Уже после переоткрытия законов Менделя Сэтгон в 1903 г. предположил зависимость менделевских факторов с хромосомами.

В начале XX в. немецкий биолог А. Вейсман доказал невозможность наследования признаков, приобретенных в онтогенезе, и подчеркивал автономию зародышевых клеток. В частности, ему 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.) Г. де Фриз открыл мутационную теорию, во многом совпадавшую с теорией гетерогенеза, высказанной русским ботаником С.И. Коржинским (1899). Согласно мутационной теории Коржинского-де Фриза наследственные признаки не являются абсолютно константными, а могут скачкообразно изменяться вследствие изменения (мутирования) их задатков.

Важнейшая веха в развитии генетики - создание хромосомной теории наследственности, связанное с именем американского эмбриолога и генетика Томаса Ханта Моргана (1866-1945) и его школы. На основе экспериментов с новым тогда объектом - плодовой мушкой {Drosophila melanogaster) Морган вместе со своими учениками А. Стертевантом, К. Бриджесом и Г. Меллером к середине 20-х гг. XX в. сформулирован представления о линейном расположении генов в хромосомах и создал первый вариант теории гена - элементарного носителя наследственной информации. Проблема гена стана центральной проблемой генетики до настоящего времени.

Даньнейшее развитие учение о наследственной изменчивости нашло в трудах советского ученого Николая Ивановича Вавилова, сформулировавшего в 1920 г. закон гомологических рядов наследственной изменчивости. Этот закон обобщил огромный фактический материа! о парашелизме изменчивости близких рядов и видов, связав воедино генетику и систематику. Он стал важным шагом по 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 обнаружили влияние радиоактивного излучения на мутационный процесс у низших грибов. В 1927 г. американец Г. Меллер продемонстрировал мутагенный эффект рентгеновских лучей в экспериментах с дрозофилой, а другой американский биолог, Дж. Стадлер, в 1927 г. открыл аналогичные эффекты у растений.

Используя метод индуцированного мутагенеза, в 1929 г. советские ученые во главе с А.С. Серебровским приступили к изучению строения гена Drosophila melanogaster. В своих исследованиях (1929-1937 гг.) они впервые показали его сложную структуру.

В этот период широко развернулись исследования по генетике. Уже в 1919 г. Ю.А. Филипченко основал первую в СССР кафедру генетики в Петроградском университете и при ней в 1920 г. - исследовательскую лабораторию генетики в Петергофском естественно-научном институте Петроградского университета. В 1929 г. он опубликовал первый учебник «Генетика». 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 продолжил работу по изучению генетики животных одновременно с преподаванием, завершив в 1948 г. свой классический труд «Генетический анализ», опубликованный лишь в 1970 г.

В 1932 г. в Ленинградском университете была открыта кафедра генетики растений, которую возглавил Г.Д. Карпечснко, экспериментально показавший возможность объединения геномов разных видов растений. Тем самым он доказал один из путей видообразования у растений.

В 1920-1930-е гг. крупнейшим центром исследований по генетике был Институт экспериментальной биологии в Москве, организованный в 1916-1917 гг. Н.К. Кольцовым. В этом институте выполнил свои основополагающие работы С.С. Четвериков, обосновавший в 1926 г. и экспериментально подтвердивший значение мутационного процесса в природных популяциях.

В 1940-х гг. Дж. Билл и Э. Тейтум 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 - молекулярной генетики, которая легла в основу целого ряда революционизирующих открытий в биологии XX в. Ключ к разгадке наследственности был найден в структуре биополимера относительно простого химического строения.

Приоритет в расшифровке структуры молекулы ДНК принадлежит американскому вирусологу Дж. Уотсону и английскому физику Ф. Крику, опубликовавшим в 1953 г. структурную модель этого полимера.

Таким образом, в первой половине XX в. исследователи пришли к выводу, что гены играют основную роль в функционировании и эволюции высших организмов. Однако в полной мере важность этого открытия стала ясна лишь после того, как было установлено, что веществом, ответственным за наследственность, у всех организмов являются нуклеиновые кислоты.

Открытие химической структуры ДНК позволило понять молекулярные механизмы наследственности, механизмы действия генов и их передачи в форме молекул ДНК из поколения в поколение. Наследственная информация хранится в виде нуклеотидной последовательности ДНК; реализация наследственной информации основана на том, что нуклеотидная последовательность ДНК определяет последовательность аминокислот в белках. Единство всего живого прекрасно демонстрируется тем фактом, что код, связывающий последовательность нуклеотидов в ядре с последователъностью аминокислот, одинаков для всех организмов, будь то бактерии, растения, животные или человек.

К началу XXI в. генетики разработали методы, позволившие им в лабораторных условиях воссоздать последовательные этапы эволюции организмов. Более того, эти методы позволяют ставить эксперименты, которые в природных условиях невозможны. Используя метод рекомбинантных ДНК, генетики научились трансплантировать гены от одних организмов к другим, т. е. переносить генетический материал способом, никогда не встречавшимся в процессе эволюции жизни на Земле. Новое знание и возможность использовать его для новых целей имеют огромное значение для всей биологии: к «жизни, какой мы ее знаем» добавляется «жизнь, которую мы умеем делать».

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>