Основные проблемы генетики и роль воспроизводства в развитии живого

     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 размно Сегодня генетика - это единая комплексная наука, использующая и  биологические, и физико-химические методы для решения широчайшего  круга самых крупных биологических  проблем.  

1.4. Проблемы  и методы исследования генетики.

     К глобальным фундаментальным вопросам современной генетики можно отнести  следующие проблемы:

     1. Изменчивость наследственного аппарата  организмов (мутагенез, рекомбиногенез  и направленная изменчивость), играющая  важнейшую роль в селекции, медицине  и теории эволюции.

     2. Экологические проблемы, связанные  с генетическими последствиями  химических и радиационных загрязнений  среды, окружающей людей и другие  организмы. 

     3. Рост и размножение клеток  и их регуляция, образование  дифференцированного организма  из одной клетки и управление  процессами развития; проблема рака.

     4. Проблема защиты организма, иммунитета, тканевой совместимости при пересадке  тканей и органов. 

     5. Проблема старения и долголетия.

     6. Возникновение новых вирусов  и борьба с ними.

     7. Частная генетика разных видов  растений, животных и микроорганизмов,  позволяющая выявлять и изолировать  новые гены для использования  в биотехнологии и селекции.

     8. Проблема продуктивности и качества  сельскохозяйственных растений  и животных, их устойчивости к  неблагоприятным условиям внешней  среды, инфекциям и вредителям.

     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.

       развития  и существования. Отдельный  признак  называется феном. К фенотипическим признакам относятся не только внешние признаки (цвет глаз, волос, форма носа, окраска цветков и тому подобное), но и анатомические (объем желудка, строение печени и тому подобное), биохимические (концентрация глюкозы и мочевины в сыворотке крови и так далее) и другие.

1.5. 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. 

      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.

      Первый действительно научный шаг вперед в изучении наследственности был сделан австрийским монахом Грегором Менделем (1822-1884), который в 1866 г. опубликовал статью, заложившую основы современной генетики. Мендель показал, что наследственные задатки не смешиваются, а передаются от родителей потомкам в виде дискретных (обособленных) единиц. Эти единицы, представленные у особей парами, остаются дискретными и передаются последующим поколениям в мужских и женских гаметах, каждая из которых содержит по одной единице из каждой пары.

       Краткое изложение сути гипотез Менделя 

     1.Каждый признак данного организма контролируется парой аллелей.

     2.Если организм содержит два различных аллеля для данного признака, то один из них (доминантный) может проявляться, полностью подавляя проявление другого признака (рецессивного).

     3.При мейозе каждая пара аллелей разделяется (расщепляется) и каждая гамета получает по одному из каждой пары аллелей (принцип расщепления).

     4.При образовании мужских и женских гамет в каждую из них может попасть любой аллель из одной пары вместе с любым другим из другой пары (принцип независимого распределения).

     5.Каждый аллель передается из поколения в поколение как дискретная  не изменяющаяся единица.

     6.Каждый организм наследует по одному аллелю (для каждого признака) от каждой из родительских особей.

     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.

      На  втором этапе Август Вейсман (1834-1914) показал, что половые клетки обособлены от остального организма и поэтому не подвержены влияниям, действующим на соматические ткани.

      Несмотря  на убедительные опыты Вейсмана, которые  было легко проверить, победившие в  советской биологии сторонники Лысенко  долго отрицали генетику, называя  ее вейсманизмом-морганизмом. В  этом случае идеология победила науку, и  многие ученые, как например, Н.И.Вавилов, были репрессированы.

      На  третьем этапе Гюго де Фриз (1848-1935) открыл существование наследуемых мутаций, составляющих основу дискретной изменчивости. Он предположил, что новые виды возникали вследствие мутаций.

      Мутации это частичное изменение структуры  гена. Конечный ее эффект- изменение  свойств белков, кодируемых мутантными генами. Появившийся в результате мутации признак не исчезает, а накапливается. Мутации вызываются радиацией, химическими соединениями, изменением температуры и могут быть просто случайными. 

      На  четвертом этапе  Томас Моган (1866-1945) создал хромосомную теорию наследственности, в соответствии с которой каждому биологическому виду присуще строго определенное число хромосом.

      На  пятом этапе Г. Меллер в 1927 году установил, что генотип может изменяться под действием рентгеновских лучей. Отсюда берут свое начало индуцированные мутации, и то, что впоследствии было названо генетической инженерией с ее грандиозными возможностями и опасностями вмешательства в генетический механизм.

      На  шестом этапе Дж. Бидл и Э. Татум в 1941 году выявили генетическую основу биосинтеза.

  На седьмом этапе Джеймс Уотсон и Френсис Крик предложили модель молекулярной структуры ДНК и механизм ее репликации. Они установили, что каждая молекула ДНК слагается из двух полидезоксирибонуклеиновых цепочек, спирально закрученных вокруг общей оси.

        
 
 
 
 
 

     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 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.

     За  последние десятилетия произошло  качественное изменение генетики как  науки: возникла новая методология  исследований - генетическая инженерия, которая революционизировала генетику и привела к бурному развитию молекулярной генетики и генно-инженерной биотехнологии.        

     Современное развитие общей и частной генетики, молекулярной генетики и генетической инженерии происходит с взаимным обогащением идеями и методами и составляется путем чисто генетического анализа, т.е. получения мутаций и проведения определенных скрещиваний. Удалось раскрыть многие фундаментальные законы жизни, т.е. уже на ранних этапах своего развития генетика стала точной экспериментальной наукой. 

     Без высокоразвитой общей и молекулярной генетики не может быть эффективного продвижения вперед практически  ни в одной области современной  биологии, селекции, охраны наследственного  здоровья людей.