| Головна |
| «« | ЗМІСТ | »» |
|---|
Генетика вивчає два нерозривно пов'язаних властивості живих організмів - спадковість і мінливість.
Слово «генетика» придумав У. Бетсон в 1906 р, він же визначив нову науку як фізіологію спадковості і мінливості.
Знаменитий генетик Ф. Добжанський утверждат, що «все в біології набуває сенсу лише в світлі еволюційного вчення». На думку сучасних американських вчених Франсиско Айала і Джона Кайгер, будь-який факт в біології стає зрозумілим лише в світлі генетики. Генетика - це серцевина біологічних наук; лише в рамках генетики різноманітність життєвих форм і процесів може бути осмислено як єдине ціле.
Так звана сучасна генетика - зовсім молода наука, однак гіпотези про природу спадковості висловлювалися ще на самій зорі історії культури. Вони частково ґрунтувалися на спостереженні людини над самим собою, а почасти виникали на основі досвіду вирощування рослин і розведення тварин.
Наприклад, в Римській імперії тваринництву приділялася велика увага, причому на плем'я залишали саме тих тварин, які мали найбільш цінними з точки зору людини якостями.
У стародавні часи висловлювалися також припущення про причини існування двох різних статей і природі визначення статі. Довгий час вважали, що один з сім'яників самця дає статеві продукти, що визначають чоловічу стать, а інший - що визначають жіночу стать. Намагалися навіть ставити досліди на баранів і биків: видаляли у виробників один з сім'яників, прагнучи підвищити в потомстві частку самок, проте що виходили при цьому результати не відповідали очікуванням. Тоді було зроблено припущення, що стать визначається відносною кількістю вводяться статевих продуктів.
Перші уявлення про спадковість містяться в працях вчених античної епохи. Уже до V ст. до н. е. сформувалися дві основні, чисто умоглядні теорії: прямого і непрямого успадкування ознак. Прихильником прямого наслідування був Гіппократ, який вважав, що репродуктивний матеріал збирається з усіх частин тіла, таким чином, всі органи тіла безпосередньо впливають на ознаки потомства.
Точку зору Гіппократа оскаржував Аристотель (IV ст. До н. Е.). Він був прихильником непрямого успадкування ознак і вважав, що репродуктивний матеріал зовсім не надходить з усіх частин тіла, а виробляється з поживних речовин, за своєю природою призначених для побудови різних частин тіла.
Теорія прямого успадкування проіснувала 23 століття. Останньою серйозною варіацією на цю тему можна вважати теорію пангенезиса Ч. Дарвіна, сформульовану в 1868 р Відповідно до цієї теорії у рослин або тварин все клітини «відокремлюють від себе крихітні геммули, розсіяні по всьому організму». Геммули потрапляють в репродуктивні органи, і таким чином ознаки передаються нащадкам.
Ця гіпотеза була експериментально перевірена в 1871 р Ф. Гальто- ном, двоюрідним братом Ч. Дарвіна. Гальтон переливав кров чорних кроликів білим, а потім схрещував реципієнтів, однак в трьох поколіннях тварин не знайшов будь-яких змін забарвлення.
У 1694 Рудольф Якоб Камераріус опублікував роботу, в якій на підставі дослідів зі шпинатом, коноплями і кукурудзою показав, що для зав'язування насіння необхідно запилення. З цих дослідів Камераріус зробив висновок, що рослини так само, як і тварини, мають статевої діффе- ренціровкой. Крім того, він висловив припущення, що запилення рослини одного виду пилком іншого виду може привести до появи нових форм.
Вже на початку XVIII в. почали отримувати гібриди і описувати їх. Однак науковий світ ще не був переконаний, що у рослин дійсно існує підлогу.
У 1760 р Лінней отримав премію Петербурзької Академії наук за роботу «Дослідження статі у рослин», в якій описано отримання гібридів між різними видами рослин.
Перші справжні наукові дослідження гібридизації належать Йозефу Готлибу Кельрейтер, яке опублікувало свої роботи в 60-х рр. XVIII ст. Він працював з 54 видами рослин, які належали до 13 родів. Вчений уявляв собі процес запліднення в такий спосіб: пилок і рильце виділяють секрети, які перемішуються, а потім суміш всмоктується з рильця в семяпочку, стимулюючи розростання останньої. Кельрейтер встановив, що гібриди можна отримувати лише при схрещуванні щодо близькоспоріднених видів. Найчастіше гібриди стерильні, але в ряді випадків вони бувають більшими і потужними, ніж батьківські форми. Їм було встановлено, що пилок передає спадкові ознаки настільки ж успішно, як семяпочка.
У 50-х рр. XVIII ст. в Швеції відбувалася так звана «вівсяна битва». Деякі дослідники заявляли, що при певних умовах овес може перетворюватися в жито. Після запеклої полеміки Лінней і його учень Петро Форскал перемогли, довівши, що таких перетворень вівса не буває.
Основи класичної генетики були закладені відкриттями Грегора Менделя, зробленими в 1860-1865 рр. і опублікованими у вигляді роботи «Досліди над рослинними гібридами», в якій були сформульовані закони непрямого успадкування. Хоча Мендель мав чимало попередників, ніхто з них не був схильний працювати з такою незвичайною точністю, як Мендель, і не зумів об'єднати факти в струнку логічну теорію.
Головне досягнення Г. Менделя полягає в тому, що він сформулював і застосував принципи гибридологічного аналізу для перевірки конкретної гіпотези - гіпотези про спадкової передачі дискретних чинників.
Закони Менделя були вдруге відкриті в 1900 р незалежно трьома вченими, які отримали результати, подібні з висновками Менделя, і визнали його пріоритет. Це були Гуго де Фриз з Голландії, Карл Кор Ренс з Німеччини і Еріх Чермак з Австрії. К. Корренс і Е. Чермак ще раз продемонстрували справедливість менделевских закономірностей для гороху, а Г. де Фриз підтвердив це відразу для 16 видів рослин. Після цього багато біологів зацікавилися генетикою. Першочерговим завданням було показати, що принципи Менделя застосовні не тільки до рослин, а й до тварин. Его було зроблено в перші ж роки XX в. в основному Люсьеном Кено у Франції, Вільямом Бетсоном в Англії і Вільямом Кастель в США. Незабаром пішли нові важливі відкриття.
Що ж змінилося за 35 років після менделевских відкриттів, що дозволило зрозуміти його роботи? Перш за все сформувалася і розвинулася клітинна теорія, основи якої були закладені Т. Шванном і М. Шлей- Деном в 1838-1839 рр.
До хромосомної гіпотези залишався один крок. Його зробив У. Сет- тон, який звернув увагу на разючий паралелізм в поведінці чинників Менделя і хромосом. Уже після перевідкриття законів Менделя Сетгон в 1903 р припустив залежність чинників Менделя з хромосомами.
На початку XX ст. німецький біолог А. Вейсман довів неможливість успадкування ознак, придбаних в онтогенезі, і підкреслював автономію зародкових клітин. Зокрема, йому належить пояснення біологічного значення редукції числа хромосом в мейозі як механізму підтримання сталості диплоидного хромосомного набору виду і основи комбинативной мінливості.
На самому початку XX в. (1901 г.) Г. де Фриз відкрив мутационную теорію, багато в чому збігалася з теорією гетерогенез, висловленої російським ботаніком С. І. Коржінським (1899). Згідно мутаційної теорії Коржинского-де Фріза спадкові ознаки не є абсолютно константними, а можуть стрибкоподібно змінюватися внаслідок зміни (мутації) їх задатків.
Найважливіша віха у розвитку генетики - створення хромосомної теорії спадковості, пов'язане з ім'ям американського ембріолога і генетика Томаса Ханта Моргана (1866-1945) і його школи. На основі експериментів з новим тоді об'єктом - плодовою мушкою {Drosophila melanogaster) Морган разом зі своїми учнями А. Стертевантом, К. Бріджес і Г. Меллером до середини 20-х рр. XX ст. сформульований уявлення про лінійне розташування генів в хромосомах і створив перший варіант теорії гена - елементарного носія спадкової інформації. Проблема гена стану центральної проблемою генетики до теперішнього часу.
Даньнейшее розвиток вчення про спадкової мінливості знайшло в працях радянського вченого Миколи Івановича Вавилова, який сформулював в 1920 р закон гомологічних рядів спадкової мінливості. Цей закон узагальнив величезний фактичний материа! про парашелізме мінливості близьких рядів і видів, зв'язавши воєдино генетику і систематику. Він став важливим кроком на шляху подальшого синтезу генетики і еволюційного вчення.
Теорія мутаційного процесу збагатилася в 1925 р відкриттям індукованого мутагенезу. Радянські мікробіологи Г. А. Надсон і Г. С. Філіппов виявили вплив радіоактивного випромінювання на мутаційний процес у нижчих грибів. У 1927 р американець Г. Меллер продемонстрував мутагенний ефект рентгенівських променів в експериментах з дрозофіли, а інший американський біолог, Дж. Стадлер, в 1927 р відкрив аналогічні ефекти у рослин.
Використовуючи метод індукованого мутагенезу, в 1929 р радянські вчені на чолі з А. С. Серебровський приступили до вивчення будови гена Drosophila melanogaster. У своїх дослідженнях (1929-1937 рр.) Вони вперше показали його складну структуру.
У цей період широко розгорнулися дослідження з генетики. Вже в 1919 р Ю. А. Філіпченко заснував першу в СРСР кафедру генетики в Петроградському університеті і при ній в 1920 г.- дослідницьку лабораторію генетики в Петергофском природно-науковому інституті Петроградського університету. У 1929 р він опублікував перший підручник «Генетика». У 1921 р Ю. А. Філіпченко організував в Академії наук при КЕПС (Комітет з природничих продуктивних сил) дослідницьку лабораторію з генетики, яка згодом була перетворена в Інститут генетики. Цей інститут вже після смерті Ю. А. Філіпченко в 1930 р очолив М. І. Вавілов.
У 1930 р А. С. Серебровський заснував кафедру генетики в Московському університеті. Тут він продовжив роботу по вивченню генетики тварин одночасно з викладанням, завершивши в 1948 р свою класичну працю «Генетичний аналіз», опублікований лише в 1970 р
У 1932 р в Ленінградському університеті була відкрита кафедра генетики рослин, яку очолив Г. Д. Карпечснко, експериментально довів можливість об'єднання геномів різних видів рослин. Тим самим він довів один із шляхів видоутворення у рослин.
У 1920-1930-і рр. найбільшим центром досліджень з генетики був Інститут експериментальної біології в Москві, організований в 1916-1917 рр. Н. К. Кольцовим. У цьому інституті виконав свої основні праці С. С. Четвериков, що обгрунтував в 1926 р і експериментально підтвердив значення мутаційного процесу в природних популяціях.
У 1940-х рр. Дж. Білл і Е. Тейтум заклали основи біохімічної генетики. Вони показали, що мутації у хлібній цвілі Neurospora crassa блокують різні етапи клітинного метаболізму, і висловили припущення про те, що гени контролюють біосинтез ферментів.
У 1944 р американці О. Евері, К. Мак-Леод і М. Мак-Карті довели генетичну роль нуклеїнових кислот в експериментах по трансформації ознак у мікроорганізмів - пневмококів. Вони ідентифікували природу трансформуючого агента як молекули ДНК. Це відкриття символізувало виникнення нового етапу в генетиці - молекулярної генетики, яка лягла в основу цілого ряду революціонізують відкриттів в біології XX ст. Ключ до розгадки спадковості був знайдений в структурі биополимера щодо простого хімічної будови.
Пріоритет в розшифровці структури молекули ДНК належить американському вірусологу Дж. Уотсоном і англійському фізику Ф. Крику, який опублікував в 1953 р структурну модель цього полімеру.
Таким чином, в першій половині XX в. дослідники прийшли до висновку, що гени відіграють основну роль у функціонуванні та еволюції вищих організмів. Однак повною мірою важливість цього відкриття стала ясна лише після того, як було встановлено, що речовиною, відповідальним за спадковість, у всіх організмів є нуклеїнові кислоти.
Відкриття хімічної структури ДНК дозволило зрозуміти молекулярні механізми спадковості, механізми дії генів і їх передачі в формі молекул ДНК з покоління в покоління. Спадкова інформація зберігається у вигляді нуклеотидної послідовності ДНК; реалізація спадкової інформації заснована на тому, що нуклеотидних послідовність ДНК визначає послідовність амінокислот в білках. Єдність всього живого прекрасно демонструється тим фактом, що код, що зв'язує послідовність нуклеотидів в ядрі з последовател'ностью амінокислот, однаковий для всіх організмів, будь то бактерії, рослини, тварини або людина.
До початку XXI ст. генетики розробили методи, які дозволяли їм в лабораторних умовах відтворити послідовні етапи еволюції організмів. Більш того, ці методи дозволяють ставити експерименти, які в природних умовах неможливі. Використовуючи метод рекомбінантних ДНК, генетики навчилися трансплантувати гени від одних організмів до інших, т. Е. Переносити генетичний матеріал способом, ніколи не зустрічалися в процесі еволюції життя на Землі. Нове знання і можливість використовувати його для нових цілей мають величезне значення для всієї біології: до «життя, який ми її знаємо» додається «життя, яку ми вміємо робити».