Возникновение генетики как революция в биологическом знании

Генетика представляет собой одну из основных, наиболее увлекательных и вместе с тем сложных дисциплин современного естествознания.

ВНИМАНИЕ! Работа на этой странице представлена для Вашего ознакомления в текстовом (сокращенном) виде. Для того, чтобы получить полностью оформленную работу в формате Word, со всеми сносками, таблицами, рисунками (вместо pic), графиками, приложениями, списком литературы и т.д., необходимо скачать работу.

Содержание

Введение 3
1. Предшественники генетики 4
2. Официальное рождение генетики 7
3. Модификация идеи наследственности с возникновением генетики 13
Заключение 17
Список литературы 18

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.
Возникновение генетики было во многом связано с запросами бурно развивавшегося в XVIII-XIX вв. сельского хозяйства. Разработке проблем наследственности и изменчивости способствовали успехи смежных биологических дисциплин — эмбриологии, цитологии, физиологии, биохимии. На первых этапах ученые часто не ставили отдельной задачи познать, как передаются признаки от поколения к поколению; изучение механизма наследственности происходило на фоне разрешения проблемы пола, смысла оплодотворения, уточнения понятия вида и межвидовых границ и т.д.
Таким образом, можно судить об актуальности данной темы.
Цель данной контрольной работы - рассмотреть возникновение генетики как революция в биологическом знании.
При написании контрольной работы был использован разнообразный монографический материал

1. Предшественники 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 .
Первые тщательно продуманные опыты по гибридизации растений были проведены Й. Кельрейтером (1733-1806). Он пришел к выводу, что в формировании потомства и передаче признаков в равной степени принимают участие оба родителя.
Дальнейшие существенные успехи в развитии метода скрещиваний связаны с именами О. Сажрэ и Ш. Нодэна.
О. Сажрэ (1763-1851) убедительно показал, что в потомстве признаки родителей не растворяются (как это предполагала теория слитной наследственности), а сочетаются, оставаясь неделимыми. Он также описал феномен доминантности: при скрещивании сортов, различающихся наследственными задатками, ученый нередко наблюдал подавление признака одного родителя признаком другого. Это явление максимально проявлялось у первого гибридного поколения, в последующих поколениях подавленные признаки вновь выявлялись у части потомков.
Наиболее близко к пониманию законов наследственности смог подойти Ш. Нодэн (1815-1899). Он провел количественную оценку результатов перекомбинации наследственных задатков при скрещивании. Вместе с тем, рассуждения Ш. Нодэна носили в значительной степени полуинтуитивный характер; оставалось неясным, как повторить и развить его эксперименты. Как и большинство первых генетиков, Ш. Нодэн имел дело с межвидовыми скрещиваниями; это снимало вопрос о всеобщности открытых им закономерностей (проблема, с которой впоследствии столкнулся Г. Мендель), но не давало исследователю возможности сосредоточиться на единичных признаках. Кроме того, сложность получения межвидовых гибридов затрудняла точный числовой анализ результатов скрещивания.
Несмотря на наличие предшественников, основателем генетики — науки о наследственности и изменчивости, — по праву считают Г. Менделя (1822-1884) .
Г. Мендель впервые целенаправленно занялся изучением проблем наследственности. Можно назвать несколько причин успеха его исследований. Первая из них заключалась в строгом и точном подборе объекта для опытов — растении, которое соответствовало бы поставленным экспериментатором задачам. Г. Мендель остановил свой выбор на горохе — растение неприхотливо, плодовито, известно много сортов, четко различающихся по качественным признакам; наконец, горох — строгий самоопылитель, не будет риска заноса посторонней пыльцы во время опытов.
Во-вторых, Г. Мендель сознательно концентрирует свое внимание не на всем комплексе различий между скрещиваемыми сортами, а на отдельных элементарных, альтернативно различающихся признаках, удобных для объективного учета. В постановке эксперимента естествоиспытатель идет от простого к сложному: сначала рассматривает одну пару признаков, затем две и т.д. Исследователь учитывает всех потомков от скрещивания, а не отдельные выбранные экземпляры. Таким образом, вторым слагаемым успеха мы можем назвать научно спланированные эксперименты.
Наконец, третья отличительная черта работы Г. Менделя — логическая четкость мышления, последовательное применение вероятностно-статистических соображений при обработке результатов опытов.
Сам Г. Мендель не выделял отдельных законов поведения гибридов, в том виде как они были сформулированы его последователями. Исходя из наблюдений Г. Менделя можно было говорить о трех закономерностях: единообразии гибридов первого поколения; расщеплении гибридов, различающихся по одному признаку, во втором поколении в соотношении 3:1 и о независимом наследовании признаков, принадлежащих к разным альтернативным парам.
Для объяснения этих закономерностей Г. Мендель предложил гипотетический механизм передачи наследственных признаков, оказавшийся провидчески точным.
Исследователь ясно показал, что существуют элементарные признаки, наследующиеся как обособленные единицы. Он предположил, что эти признаки передаются через половые клетки. Каждая половая клетка несет лишь один наследственный фактор, связанный с данным признаком — эта закономерность впоследствии получила название правила "чистоты гамет". После оплодотворения во взрослом организме оказываются два фактора, доминантная форма наследственного задатка способна подавлять рецессивную.
Однако для современников Г. Менделя, да и для самого исследователя, принципиальное значение имел вопрос, насколько универсальны обнаруженные закономерности. По совету видного ботаника К. Негели в качестве следующего экспериментального объекта Г. Мендель выбрал разные виды ястребинок.

2. Официальное рождение генетики

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.
Нуклеиновые кислоты, как и белки, необходимы для жизни. Они представляют собой генетический материал всех живых организмов вплоть до самых простых вирусов. Выяснение структуры ДНК открыло новую эпоху в биологии, так как позволило понять, каким образом живые клетки точно воспроизводят себя и как в них кодируется информация, необходимая для регулирования их жизнедеятельности. Нуклеиновые кислоты состоят из мономерных единиц, называемых нуклеотидами. Из нуклеотидов строятся длинные молекулы – полинуклеотиды. Молекула нуклеотида состоит из трех частей: пятиуглеродного сахара, азотистого основания и фосфорной кислоты. Сахар, входящий в состав нуклеотидов, представляет собой пентозу.
Различают два типа нуклеиновых кислот – рибонуклеиновые (РНК) и дезоксирибонуклеиновые (ДНК). В обоих типах нуклеиновых кислот содержатся основания четырех разных видов: два из них относятся к классу пуринов, другие - к классу пиримидинов. Азот, содержащийся в кольцах, придает молекулам основные свойства. Пурины – это аденин (А) и гуанин (Г), а пиримидины – цитозин (Ц) и тимин (Т) или урацил (У). В молекулах пуринов имеется два кольца, а в молекулах пиримидинов – одно. В РНК вместо тимина содержится урацил. Тимин химически очень близок к урацилу, а точнее 5-метилурацил .
Нуклеиновые кислоты являются кислотами потому, что в их молекулах содержится фосфорная кислота. В результате соединения сахара с основанием образуется нуклеозид. Соединение происходит с выделением молекулы воды. Для образования нуклеотида требуется еще одна реакция конденсации, в результате которой, между нуклеозидом и фосфорной кислотой возникает фосфоэфирная связь. Разные нуклеотиды отличаются друг от друга природой сахаров и оснований, которые входят в их состав. Роль нуклеотидов в организме не ограничивается тем, что они служат строительными блоками нуклеиновых кислот; некоторые важные коферменты также представляют собой нуклеотиды или их производные.
Два нуклеотида, соединяясь, Образуют динуклеотид путем конденсации. В результате которой между фосфатной группой одного нуклеотида и сахара другого возникает фосфодиэфирный мостик. При синтезе полинуклеотидов этот процесс повторяется несколько миллионов раз. Фосфодиэфирные мостики возникают за счет прочных ковалентных связей, и это сообщает всей нуклеотидной цепи прочность и стабильность, что очень важно, так как в результате этого уменьшается риск «поломок» ДНК, при ее репликации.
РНК имеет две формы: транспортную (тРНК) и рибосомную (рРНК). Они имеют довольно сложную структуру. Третья форма - это информационная, или матричная, РНК (мРНК). Все эти формы участвуют в синтезе белка. МРНК – это одноцепочная молекула, образующаяся на одной из цепей ДНК в процессе транскрипции.
При синтезе мРНК копируется только одна цепь молекулы ДНК. Нуклеотиды, из которых синтезируются мРНК, присоединяются к ДНК в соответствии с правилами спаривания оснований и при участии фермента РНК – полимеразы. Последовательность оснований в мРНК представляет собой комплиментарную копию цепи ДНК – матрицу. Длина ее может быть различной, в зависимости от длины полипептидной цепи, которую она кодирует. Большинство мРНК существует в клетке в течение короткого времени.

3. Модификация идеи наследственности с возникновением генетики

В 1901г. появляется выдающийся труд Г. де Фриза "Мутационная теория, в котором устанавливается понятие внезапных наследственных изменений - мутаций. Незадолго до него русский ботаник А. Коржинский для характеристики подобных изменений предложил термин гетерогенные вариации, а вообще подобные скачкообразные изменения (single variation) были известны еще Дарвину, не придававшему, однако, им особого значения. Переоткрытие законов Менделя в начале ХХ в. пролило свет на случаи появления новых форм в результате скрещивания, на явления резкого различия в потомстве особей, о чем упоминал в своем обзоре явлений изменчивости де Фриз.
Эти случаи также относятся к изменчивости как процессу (вариациям), представляя собой наследственные изменения, подобно мутациям, но отличаются от последних тем, что при мутациях возникают новые наследственные факторы (гены, аллели), а при появлении новых форм в результате скрещивания - лишь перегруппировка старых наследственных программ (генотипов) в процессе мейоза. Данное обстоятельство заставило обозначить изменения подобного рода особым термином - комбинативная изменчивость или рекомбинации генов, который был предложен Шинцем в 1910г. и быстро вошел в общее употребление. Одновременно с этим Бауэр предложил вкладывать в слово "вариация" более широкий смысл и понимать под вариациями все три вида возможных изменений организмов - модификации, мутации и комбинации. Первая группа охватывает изменения ненаследственного характера, вторая и третья - наследственные; модификации и мутации возникают без всякого участия скрещивания, комбинации - в результате последнего, но все это - различные виды изменчивости как процесса или вариации.
Первая попытка классификации явлений изменчивости как состояния была проведена у Д. Гальтона в книге "Естественная наследственность" (1889). Автор приводит в ней различие между непрерывной и прерывистой изменчивостью, сравнивая первую со слабыми качаниями многоугольника, поставленными на одну из сторон (отчего получается непрерывный ряд изменений, например изменения роста, веса и т.д.), а вторую с более сильными перемещениями такого многоугольника с одной стороны на другую (отчего получаются изменения прерывистого типа, например различные окраски, наличие или отсутствие органов и структур).
То же самое деление изменчивости как состояния было приято затем Р. Бэтсоном в труде "Материалы для изучения изменчивости, особенно с точки зрения прерывистости в происхождении видов" (1894). В этой книге автор рассматривает главным образом прерывистую изменчивость, считая, что "прерывистость видов является результатом прерывистости изменений". Прерывистые изменения Бэтсон разделял на меристические (изменения числа каких-либо признаков) и субстантивные (изменения качественных признаков - например окраски). Известный советский генетик Ю.А. Филипченко в книге "Изменчивость и методы ее изучения" (1926) предложил для изучения изменчивости как состояния понятия индивидуальная (особь) и групповая (популяция, вид) изменчивость.
Однако с развитием генетических знаний становилось все более очевидным, что деление изменчивости на наследственную и ненаследственную, равно как на непрерывную и прерывистую, строго говоря, некорректно. Необходимо подчеркнуть, что аппарат наследственности сам по себе кодирует только синтез специфических белковых молекул, а отнюдь не готовые признаки как таковые. Наследственная программа (генотип) определяет лишь общее направление морфогенетических процессов, а условия внешней среды оказывают существенное влияние на их конкретную реализацию.
В результате каждый ген имеет несколько разных вариантов своего фенотипического проявления, т.е. разных состояний того признака или признаков, которые контролируются этим геном. Всякий конкретный генотип в разных условиях обеспечивает развитие разных фенотипов, т.е. разных совокупностей морфологических, физиологических и поведенческих признаков организма. Таким образом, можно говорить о генотипической и фенотипической изменчивости, последняя форма представляет как бы сумму взаимодействия наследуемости признака (генотипической составляющей) и паратипической изменчивости - влияния внешней среды.
Тем не менее, классификация терминов явлений изменчивости сохраняет свой эвристический смысл. Наше понимание ближе всего к тому, которое мы находим в работах О.Ланглета (Langlet, 1971) и М.В. Мины (1986). Изменение (Variation) - процесс перехода признака из одного состояния в другое в онтогенезе особей или чреде поколений. Изменчивость (Variability) - способность к изменениям. Можно говорить об изменчивости особи, имея в виду ее способность к изменениям в течении жизни, об изменчивости генотипа, характеризуемого его нормой реакции, или об изменчивости признака, характеризуемой по совокупности его возможных состояний.
Разнообразие (Variety) - свойство совокупности объектов, суммарное выражение различий между ними, видимое проявление изменчивости. В зависимости от того, каким образом выделена совокупность, разнообразие по тем или иным признакам может использоваться для оценки изменчивости особи, генотипа, множества особей или множества генотипов. В состав совокупности, разнообразие которой оценивается, могут входить разные особи, но она может быть составлена описаниями одной и той же особи в разные периоды ее жизни, на разных стадиях развития.

Заключение

Генетика - сравнительно молодая наука. Но перед ней стоят очень серьезные для человека проблемы. Так генетика очень важна для решения многих медицинских вопросов, связанных прежде всего с различными наследственными болезнями нервной системы (эпилепсия, шизофрения), эндокринной системы (кретинизм), крови (гемофилия, некоторые анемии), а также существованием целого ряда тяжелых дефектов в строении человека: короткопалость, мышечная атрофия и другие. С помощью новейших цитологических методов, цитогенетических в частности, производят широкие исследования генетических причин различного рода заболеваний, благодаря чему существует новый раздел медицины - медицинская цитогенетика.
Разделы генетики, связанные с изучением действия мутагенов на клетку (такие как радиационная генетика), имеют прямое отношение к профилактической медицине.
Особую роль генетика стала играть в фармацевтической промышленности с развитием генетики микроорганизмов и генной инженерии. Несомненно, многое остается неизученным, например, процесс возникновения мутаций или причины появления злокачественных опухолей. Именно своей важностью для решения многих проблем человека вызвана острая необходимость в дальнейшем развитии генетика. Тем более что каждый человек ответственен за наследственное благополучие своих детей, при этом важным фактором является его биологическое образование, так как знания в области аномалии, физиологии, генетики предостерегут человека от совершения ошибок.

Список литературы

1. Рувинский А.О. Наследственная изменчивость человека. М., 2003.
2. Керкис Ю.Я. Лечение и предупреждение некоторых наследственных болезней человека. М., 2004.
3. Беляев Д.К. Общая биология. М., 2001.
4. Грин Н., Стаут У. Биология. М., 2005.
5. Котов С. Медицинская генетика. М., 2004.
6. Франк-Каменецкий М.Д. Самая главная молекула. М., 2006.


Скачиваний: 1
Просмотров: 0
Скачать реферат Заказать реферат