ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ №7-8. Генетика и эволюция

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ №7-8

Значко В.В.

Факультет русской филологии и документоведения, III курс, гр. 320971 (3РМ)

(очная форма обучения)

8.4. Генетика и эволюция

Вступление в XX в. ознаменовалось в биологии бурным развитием экспериментальных исследований явлений наследственности и зарождением генетики как науки. Важнейшим исходным событием явилось переоткрытие законов Менделя в 1900 г. (независимо тремя учеными – X. Де Фризом в Голландии, К. Корренсом в Германии и Э. Чермаком в Австрии). В том же году была обнаружена и забытая, опередившая свое время работа Г. Менделя. Это говорит о том, что только в начале XX в. биология поднялась до уровня понимания открытия Менделя и рождения генетики как науки.

Далее последовала лавина эмпирических открытий и построение различных теоретических моделей. Большое число биологов разных специальностей (зоологов, ботаников и др.) после переоткрытия законов Менделя обратились к проблемам генетики и начали проводить генетические эксперименты на разных объектах, как растительных, так и животных (очень удобным объектом оказалась плодовитая мушка дрозофилы, имеющая всего четыре пары хромосом). За относительно короткий срок (20-30 лет) в учении о наследственности был накоплен колоссальный эмпирический и теоретический материал:

1) открыт дискретный характер наследственности;

2) обосновано представление о гене и хромосомах как носителях генов;

3) получено представление о линейном расположении генов;

4) доказано существование мутаций и возможность вызывать их искусственно;

5) установлен принцип чистоты гамет, законов доминирования, расщепления и сцепления признаков;

6) разработаны методы гибридологического анализа, чистых линий (генотипически однородного потомства) и инцухта, кроссинговера (нарушение сцепления генов в результате обмена участками между хромосомами);

7) получен вывод о том, что исходный материал для селекции должен быть генетически гетерогенным.

В России становление генетики происходило несколько позже. Впервые университетский курс генетики был прочитан в 1913 г. Ю.А. Филипченко. Обширная и оригинальная сводка Е.А. Богданова по менделизму появилась в 1914 г. В 1920-1930-е гг. отечественная генетика развивалась широким фронтом, высокими темпами и достигла выдающихся результатов.

Интенсивные экспериментальные исследования и фронтальное накопление эмпирического материла в первой четверти XX в. дали импульс разработке теоретических аспектов генетики.

Зарождающейся генетике (в форме менделизма) следовало прежде всего концептуально определиться по отношению к дарвинизму. Этот процесс был трудным и противоречивым. Генетика не опровергала дарвинизм, наоборот, становилось все более очевидно, что она дополняет дарвинизм и восполняет главный его пробел, т.е. объясняет сущность неопределенной изменчивости. Вершиной теоретического обобщения накопленного генетикой эмпирического материала в первые десятилетия XX в. стала хромосомная теория наследственности. Основу этой теории составляет ряд ключевых обобщений:

1) хромосома состоит из генов;

2) гены расположены в хромосоме в линейном порядке;

3) ген – неделимая корпускула наследственности, ее «квант»; в мутациях ген изменяется как целое;

4) гены, локализованные в пределах одной хромосомы, составляют одну группу сцепления и передаются совместно, поэтому признаки, зависящие от сцепления генов, наследуются совместно;

5) сцепленное наследование признаков может нарушаться за счет перекреста хромосом (кроссинговера), ведущего к перераспределению генетического материала между гомологичными хромосомами.

Непосредственно основания хромосомной теории наследственности разрабатывались (1902-1907) Т. Бовери, У. Саттоном, а завершенная полная формулировка дана в работах Т.Х. Моргана и его школы (А.Г. Стёртевант, Г.Дж. Меллер, К. Бриджес и др.), удостоенных за разработку этой теории Нобелевской премии. Эта теория стала стартовой площадкой теоретической генетики. На ее принципах и понятиях базировался дальнейший теоретический анализ структуры генов, роли нуклеиновых кислот в передаче наследственных признаков, зависимости проявления гена от места его положения в хромосоме и т.д.

Хромосомная теория наследственности не снимала противоречий между дарвинизмом и генетикой. Важнейшим шагом на пути их преодоления явилось создание синтетической теории эволюции – первого глубокого синтеза классического дарвинизма, генетики, систематики, палеонтологии, экологии. Он привел к качественному скачку в развитии биологического знания, к переходу биологии с классического на неклассический уровень познания.

Принципиальные и концептуальные положения синтетической эволюции были заложены трудами С.С. Четверикова (1926), Р. Фишера, Н.В. Тимофеева-Ресовского, С. Райта, Н.П. Дубинина, Дж. Холдейна (1929-1932) и др. Свое развитие она получила в трудах таких выдающихся биологов XX в., как Н.И. Вавилов, И.И. Шмальгаузен, Э. Майр, Дж. Симпсон, Дж. Хаксли, Ф.Г. Добжанский и др.

Синтетическая теория эволюции строится на следующих принципах и понятиях:

1) элементарной «клеточкой» биологической эволюции является не организм, не вид, а популяция. Именно популяция – та реальная целостная система взаимосвязи организмов, которая обладает всеми условиями для саморазвития, прежде всего способностью наследственного изменения в системе биологических поколений. Популяция – это элементарная эволюционная структура. Через изменение ее генотипического состава осуществляется эволюция вида;

2) элементарный эволюционный материал – это мутации (мелкие дискретные изменения наследственности), обычно случайно образующиеся. В настоящее время выделяют генные, хромосомные, геномные (изменения числа хромосом и др.), изменения внеядерных ДНК и др.;

3) наследственное изменение популяции в каком-либо определенном направлении осуществляется под воздействием элементарных эволюционных факторов, таких как: мутационный процесс, поставляющий элементарный эволюционный материал; популяционные волны (колебания численности популяции в ту или иную строну от средней численности входящих в нее особей); изоляция (закрепляющая различия в наборе генотипов и способствующая делению исходной популяции на несколько новых, самостоятельных популяций); естественный отбор. Естественный отбор – ведущий эволюционный фактор; именно он направляет эволюционный процесс. Отбор действует на всех стадиях онтогенеза особей данного вида.

Во второй половине 1940-х гг. в биологии осуществлен переход от белковой к нуклеиновой трактовке природы гена. Предпосылки новых открытий в области биохимии складывались раньше. В 1936 г. в СССР А.Н. Белозерский получил из растения тимонуклеиновую кислоту, которая до тех пор выделялась лишь в животных организмах, что доказало тождество животных и растительных миров на молекулярном уровне. Важные идеи, открывавшие новые ориентиры познания, намного опередившие свое время, были выдвинуты Н.К. Кольцовым.

В 1944 г. американскими биохимиками (О. Эвери и др.) было установлено, что носителем свойства наследственности является ДНК. С этого времени началось лавинообразное развитие молекулярной биологии. Последовавшие в 1949-1951 гг. исследования Э. Чаргаффа, сформулировавшего знаменитые правила, объясняющие структуры ДНК, а также рентгенографические исследования ДНК, проведенные М. Уилкинсом и др., подготовили почву для расшифровки в 1953 г. структуры ДНК. Ф. Крик и Дж.Д. Уотсон установили, что молекула ДНК состоит из двух комплементарных полинуклеотидных цепей, каждая из которых выступает в качестве матрицы для синтеза новых аналогичных цепей. Именно поэтому в хромосомах клеток молекула ДНК способна к ауторепродукции. Свойство самоудвоения ДНК обеспечивает явление наследственности. Расшифровка структуры ДНК была великой революцией в молекулярной биологии и стала ключом к пониманию того, что происходит в гене при передаче наследственных признаков.

Далее за относительно непродолжительное время были получены другие важнейшие результаты: выяснена роль транспортной-РНК и информационной-РНК; расшифрован генетический код; осуществлен синтез гена; теоретически решена проблема биосинтеза белка; расшифрована аминокислотная последовательность многих белков и установлена пространственная структура некоторых из них; на этой основе выявлены принцип и особенности функционирования ферментативных молекул, химически синтезирован ряд ферментов; получены важные результаты в плане понимания организации вирусов и фагов, характер их биогенеза в клетке. Позднее было открыто явление «молчащих генов», обнаружены «прыгающие (мобильные) гены», оставляющие 5-10% генетического материала у эукариот, поставлена проблема «нестабильности генома». Кроме того, заложены основы генной инженерии, содержанием которой является активное вмешательство человека в природу наследственности и ее изменение в соответствии с потребностями человека, общества (порождение нравственно-ценностных вопросов). В последние 50 лет молекулярная биология развивалась исключительно быстрыми темпами, открытие следовало за открытием. Общее направление этих открытий – выработка представлений о сущности жизни, о природе ее фундаментальных черт – наследственности, изменчивости, обмене веществ и др.

К началу XXI в. биология достигла выдающихся результатов в эмпирической, теоретической и прикладных областях. Накоплен грандиозный массив новых эмпирических данных, особенно в молекулярной генетике; с помощью синтетической теории эволюции и более частных теорий удалось в основном успешно обобщить эти данные, объяснить сложные, многосторонние процессы эволюции; построить достаточно детальную биологическую картину мира.

ЛИТЕРАТУРА

1. В.М. Найдыш. Концепции современного естествознания: Учебник. – Изд. 2-е, перераб. и доп. – М.: Альфа-М; ИНФРА-М, 2004. С. 459-470. URL : https://www.gumer.info/bibliotek_Buks/Science/naid/12.php