Тайны наследственности, семья ослов фото

Как открывались тайны наследственности. Основные понятия генетики. Урок 1

Все организмы, обитающие на Земле – продукт долгой эволюционной истории её жизни. Все они разделяют эту историю, но, насколько нам известно, только люди задаются вопросом о процессах, приведших к их происхождению. Хотя мы ещё далеки от полного открытия этих секретов, но нам уже многое удалось узнать. Тайны наследственности приоткрылись благодаря трудам многих учёных.

Сходство между родственными организмами и членами одной семьи отмечались издавна, но долгое время небыло никакого внятного объяснения этому процессу. До XX в. тайны наследственности объяснялись при помощи двух концепций. Первая – что наследственность внутривидова. Вторая – что черты передаются непосредственно от родителей потомству. Взятые вместе эти идеи привели к взгляду на наследование, как результат смешения признаков внутри фиксированного, неизменного вида.

Тайны наследственности: семья сусликов фото

Считалось, что черты передаются через кровь и смешиваются в потомстве. Эта идея сохраняется сегодня в использовании слова «родословная», когда речь идёт о разведении домашних животных, таких, как лошади.



Однако эти два классические предположения привели к парадоксу. Если никакие характеристики кроме видовых не влияют на изменение вида и вариации внутри него смешиваются в каждом поколении, тогда все особи его должны иметь одинаковый внешний вид. Но этого не происходит.

Шотландский пони, странные тайны наследственности фото
Шотландский пони

Ранние ботаники производили гибридизацию растений, чтобы раскрыть тайны наследственности

Одним из первых исследователей, достигших результатов в гибридизации и задокументировавших успешность результатов, был немецкий ботаник Йозеф Кёльрёйтер. В 1760 г он произвёл перекрёстное опыление различных сортов табака и получил плодовитое потомство.

Гибриды отличались от обоих родительских сортов, но были похожими друг на друга. Когда он скрестил между собой гибриды, то получились сильно изменчивые растения. Одни из них напоминали родителей, другие были похожи на «бабушек» и «дедушек». Такая вариация противоречила теории прямой передачи. Эту работу можно рассматривать как начало современной генетики.

Растение табак фото
Сине-зелёный табак

В течение следующих 100 лет другие исследователи разработали теорию Кёльрёйтера. Английский растениевод Т. Найт в 1823 г скрестил два сорта садового гороха (лат. Pisum). Один из которых имел зелёные семена, другой жёлтые. Оба они были самоопыляемыми, это значит, что их потомство было однородным от поколения к поколению. При скрещивании все потомки первого поколения имели жёлтые семена. Среди потомков второго поколения при скрещивании гибридов первого поколения наблюдались как жёлтые, так и зелёные семена.

Другие учёные получали результаты, подобные Найту, подтверждали, что среди потомства распределялись альтернативные формы наблюдаемых признаков. Это разделение привело Грегора Менделя к пониманию природы наследственности. Тайны наследственности начали приоткрываться.

Садовый горох фото

Так в рамках обманчиво простых результатов появились задатки научной революции. Но прошло ещё одно столетие, прежде чем результат этих работ был оценен.

Мендель был первым, кто количественно оценил результаты скрещивания

Грегор Мендель родился в 1822 г в Австрии в семье крестьянина, получил образование в монастыре и продолжил изучать естественные науки и математику в Венском университете, где он неудачно сдал экзамены на должность учителя.

Он вернулся в монастырь и провёл там остаток своей жизни, став в конце концов настоятелем. В монастырском саду Мендель провёл серию опытов по гибридизации растений. Результаты этих экспериментов в конечном счёте безвозвратно изменили наши взгляды на наследственность.

Для проведения своих экспериментов Мендель выбрал садовый горох, с которым работали Найт и другие экспериментаторы. Это был удачный выбор по нескольким причинам:

  • многие более ранние исследователи уже производили его скрещивание, и Мендель знал, что он может ожидать от сегрегации признаков его потомства;
  • было доступно большое количество чистых сортов этого растения, имеющих хорошо отличимые признаки. В начале он исследовал 34 их признака, затем выбрал 7 из них: круглые и морщинистые семена, жёлтые и зелёные горошины – черта, которую изучал и Найт и др.;
  • у гороха короткое время генерации, он растёт быстро и за сезон в условиях Австрии даёт 2 поколения. Поэтому исследователь может работать с многочисленными растениями, выращивать несколько поколений за год и получать результаты быстро;
  • горох – самоопыляемое растение. Самооплодотворение происходит внутри каждого отдельного цветка, если он не нарушен. У него из поколения в поколение передаются только одни и те же признаки. Такой организм называется чистой линией. Самоопыление можно предотвратить, удалив тычинки из цветка, а затем перенести на пестик пыльцу с другого растения – провести перекрёстное опыление.

Опфыление фото

Экспериментальный проект Менделя. Гибридологический метод и тайны наследственности

Успех Менделя объясняется его точным расчетом. Он выбрал только несколько характеристик растения, за которыми было легко наблюдать, и игнорировал другие бесчисленные различия. Он хорошо понимал, что изучаемые признаки должны быть сопоставимы. Например, что бесполезно сравнивать рост растения и форму его семян.

Восемь лет Мендель проводил работы по скрещиванию сортов, пользуясь гибридологическим методом. Методов современного генетического анализа много, но основным из них остаётся гибридологический, появившийся задолго до работ Г. Менделя. Он заключается в скрещивании (объединение генетической информации) организмов, отличающихся по каким-либо признакам и в детальном изучении полученных потомков.

Обычно Мендель проводил свои эксперименты в три этапа:

  1. Оставлял растения для самостоятельного скрещивания в течение нескольких поколений, чтобы убедиться, что нужные для изучения признаки передаются без изменения из поколения в поколение.
  2. Проводил перекрёстное опыление между чистыми линиями, обладающими альтернативными характеристиками. Осуществлял как прямое, так и обратное скрещивание: переносил пыльцу как с растения с сиреневыми цветками на растение с белыми цветками, так и с белых цветков на сиреневые.
  3. Следил, как получившиеся гибриды дают плодовитое потомство и наследуют альтернативные формы признаков в течение нескольких поколений. И главное – он всё подсчитывал и сравнивал количественно.

Количественная оценка результатов эксперимента отличала работы Менделя от исследований его предшественников, которые только отметили разницу в качестве скрещивания. Математический подсчёт Менделя привёл к модели наследования, которую мы все используем и в настоящее время. Он доказал, что признаки определяются отдельными (дискретными) наследственными факторами.

Основные выводы Менделя:

  • наследственные признаки не являются целым, а передаются отдельными «факторами»;
  • «факторы» находятся в клетках парами;
  • они передаются потомкам через половые клетки – гаметы.

Как раскрылись тайны наследственности?

Работа Менделя «Опыты над растительными гибридами» отличалась математической точностью и глубиной. Но она была опубликована в малоизвестном Брюннском обществе естествоиспытателей и оставалась неизвестной до 1900 года. В 1900 г Э. Чермак в Англии, Г. де Фриз в Голландии, К. Корренс в Германии заново открыли законы наследственности. Встал вопрос о первенстве открытия и учёные стали искать труды более ранних исследователей. Тогда и был признан приоритет Менделя, и появилась генетика наука о наследственности и изменчивости.

Мендель сделал важнейшие открытия в биологии, опираясь только на математический анализ наблюдаемых фактов. Он ничего не знал ни о генах, ни о ДНК, ни о митозе, ни о мейозе. Так как только в 80-е годы XIX в. были описаны процессы деления клеток.



Оказалось, что у организмов, которым свойственно половое размножение, ключевую роль в наследовании играют такие процессы как мейоз и оплодотворение. В ходе мейоза у каждого родителя происходит перекомбинация наследственного материала и его распределение между гаметами.

Результатом оплодотворения является объединение генетической информации, содержащейся в гаметах обоих родителей, и формирование наследственного аппарата нового организма.

Как вам известно, участки молекулы ДНК, содержащие информацию о структуре определенных белков (либо рРНК, либо тРНК), называются генами. Гены расположены в хромосомах. В ходе реализации наследственной информации, содержащейся в генах, осуществляется синтез определенных белков. Каждый белок выполняет определенную функцию, что ведет к проявлению того или иного признака организма. Тайны наследственности заключены в ДНК.

В ДНК скрыты тайны наследственности фото

Крупный вклад в понимание механизма полового размножения внёс немецкий учёный А. Вейсман. Он пришёл к выводу, что «вещество наследственности» должно находиться в хромосомах. В 1902 году Г. Бовери в Германии и В. Сэттон в США, обратив внимание на параллелизм в поведении хромосом в мейозе и в наследовании признаков согласно законам Менделя, предположили, что гены и правда расположены в хромосомах.

В 1906 году У. Бэтсоном предложено название науки – «генетика», в 1909 г. датский ботаник Иогансен Вильгельм Людвиг ввёл вместо термина «фактор» термин «ген», а американский генетик Томас Морган обосновал хромосомную теорию наследственности. В дальнейшем расшифровка структуры ДНК, генетического кода, строения генов, сделали понятной материальную основу законов, открытых Менделем и тайны наследственности.

Основные понятия генетики

Генетика – это наука о наследственности и изменчивости организмов и методах управления ими, а также о механизме эволюции всего живого.

Наследственность – это свойство организмов передавать потомкам морфологические и функциональные признаки. Она неразрывно связана с процессом размножения, а размножение с делением клетки. Возникновение дочернего поколения при половом размножении происходит при слиянии клеток с объединением генетической информации от двух организмов. Тогда могут проявляться приметы отца и матери, а также предшествующих поколений – бабушек, дедушек.

Деление клетки, образование гамет, тайны наследственности фото

Кроме полового существует бесполое размножение, когда из соматических клеток одного организма воспроизводится потомство. Тогда слияния генов не происходит и используется только набор одного родителя, а значит, проявляются только его признаки. Так происходит почкование у гидры и вегетативное размножение растений.

Как мы уже знаем, особая роль в передаче признаков принадлежит генам, расположенным в хромосомах (ядерная, или хромосомная наследственность). Но генетические структуры есть не только в ядре, собственные РНК и ДНК есть в цитоплазме (плазмиды) и таких органоидах клетки как митохондрии и хлоропласты и они тоже передают многие признаки (цитоплазматическая наследственность), но только по материнской линии.

Изменчивость – это способность организмов в процессе жизнедеятельности приобретать новые признаки под воздействием различных факторов среды. Благодаря изменчивости особи в пределах вида различаются между собой.

Ген – это единица наследственности и изменчивости. По современным представлениям, ген – это участок молекулы ДНК, несущий информацию о синтезе определённого полипептида или нуклеиновой кислоты. Набор генов организма, который он получает от своих родителей, называется генотипом, а содержание генов в гаплоидном (половинном) наборе хромосом – геномом.

Совокупность всех внешних и внутренних признаков организма, развивающихся на базе генотипа под воздействием факторов среды, называется фенотипом, а отдельный признак – феном.

Чистые линии – это организмы, не дающие расщепления при скрещивании с другими чистыми линиями. Они содержат два одинаковых аллельных гена (либо оба доминантные, либо рецессивные – гомозиготы).

В каждой соматической клетке многоклеточного организма хромосомы представлены парами – гомологами, одна из которых получается от отцовского, другая от материнского организма. Важнейшим признаком гомологичных хромосом является их сходное содержание – расположение похожих генов в одинаковых местах (локусах). Из этого следует, что все гены, отвечающие за синтез тех или иных белков, а значит и признаков, присутствуют в клетке в двух экземплярах.

Гены, отвечающие за альтернативное развитие одного и того же признака (например цвета глаз) и расположенные в идентичных участках гомологичных хромосом называются аллельными, или аллелями. Соответственно, гены, отвечающие за разные признаки (за цвет глаз и цвет волос) и лежащие в разных локусах – неаллельными. Один ген может иметь несколько аллелей, например, ген, отвечающий за группы крови человека, имеет три аллельных состояния. Но диплоидный организм может содержать только два аллеля.  Аллельные гены обозначают латинскими буквами.

Аллельные признаки могут быть доминантными и рецессивными.

Доминантный (лат. dominans – господствующий) – подавляющий другой, преобладающий. Обозначается заглавной латинской буквой.

Рецессивный (лат. recessis – отступление) – подавляемый, проявляющийся только в гомозиготном (аа) состоянии. Обозначается строчной латинской буквой.

Гомозигота (др.-греч. ὅμοιος «подобный, похожий, равный» + ζυγωτός «спаренный, удвоенный») — это организм (зигота), имеющий одинаковые аллели одного гена в гомологичных хромосомах (АА или аа), т. е. отвечающие за проявление одного и того же признака.

Гетерозигота (греч. heteros — другой) — организм (зигота), имеющий разные аллели одного гена в гомологичных хромосомах (Аа), т. е. отвечающие за проявление альтернативных признаков. Организм, у которого учитываются два признака по которым он имеет также разные аллели (АаВв) называется дигетерозиготой. Соосветственно, если признаки одинаковые — дигомозиготой.

Скрещивание организмов называется гибридизацией, а потомки от скрещивания двух родительских особей с различными признаками — гибридами. Для записи скрещиваний используется международная символика:

  • Р — родительские особи (лат. parentes — родитель);
  • ♀ (зеркало Венеры) – женская особь;
  • ♂ (щит и меч марса) – мужская особь;
  • G – гаметы;
  • F – поколение, или потомство (лат. filiale — дочерний) с соответствующими индексами
  • поколений: F1 , F2 , F3 и т. д;
  • значок «Х» обозначает скрещивание.

Видеоурок «История развития генетики»  https://www.youtube.com/watch?v=S6cfYajr-4c

Leave a Reply

Ваш адрес email не будет опубликован.