История мировой генетики - davaiknam.ru o_O
Главная
Поиск по ключевым словам:
страница 1
Похожие работы
Название работы Кол-во страниц Размер
Азимов Айзек Краткая история биологии. От алхимии до генетики 26 1585.09kb.
Достижения генетики 1 32.71kb.
История и будущее генетики в россии 1 138.86kb.
Развитие генетики в новосибирском научном центре: дискуссионные вопросы... 1 134.78kb.
Темы семинарских занятий по дисциплине «история мировой культуры» 1 68.96kb.
Основные понятия генетики 1 32.25kb.
Лекция 2 структура и свойства нуклеиновых кислот 1 37.96kb.
Генетика в России и мире, посвященной 40-летию Института общей генетики им. 1 32.16kb.
Вопросы к экзамену По дисциплине «История мировой литературы и искусства» 1 24.45kb.
Программа вступительных экзаменационных испытаний в интернатуру/ординатуру... 1 180.48kb.
Краткий очерк научной деятельности 1 40.73kb.
Книга I чарльз Диккенс Крошка Доррит. Книга первая 36 5745.31kb.
Направления изучения представлений о справедливости 1 202.17kb.

История мировой генетики - страница №1/1

История мировой генетики

Живые системы не могут существовать вечно. Каждому виду живых организмов присущ определенный жизненный цикл, в котором, так или иначе, присутствуют стадия образования организма и его исчезновения, или смерти. При каждом новом появлении организма на свет проявляются два фундаментальных свойства живых систем — наследственность и изменчивость. Благодаря первому из них каждый дочерний организм похож на своего родителя или родителей, а благодаря второму — при каждом новом рождении у потомков могут появляться новые свойства и признаки. Закономерности наследственности и изменчивости изучает биологическая дисциплина, которая называется генетикой.

  Интуитивные и эмпирические представления о наследственности и изменчивости существовали еще в античные времена. Их высказывали древние философы. Согласно Демокриту (460 г. до н.э.), «семя есть истечение из всего тела и его важнейших частей — костей, мяса и жил». Гиппократ (400 г. до н.э.) также считал, что все половые продукты состоят из экстрактов, поступающих из всего организма, так что все органы тела влияют на признаки потомства. Согласно гипотезам этих философов, от здоровых частей тела в семя приходят здоровые составляющие, а из больных — больные. Поэтому «от флегматика рождается флегматик, от желчного — желчный, от чахоточного — чахоточный, а от страдающего селезенкой — страдающий селезенкой».

 Такого рода умозрительные суждения продержались в науке вплоть до конца XIX века. Тогда Чарльз Дарвин предположил, что существуют так называемые геммулы — наследственные частицы, содержащиеся в клетках всех организмов и передаваемые в репродуктивные органы, для того, чтобы впоследствии передаться по наследству. Эта теория, получившая название теории пангенезиса была опровергнута кузеном Дарвина — Френсисом Гальтоном.

Он переливал кровь черных кроликов белым, после чего скрещивал этих животных. В результате эксперимента выяснилось, что чистота белой породы нарушена не была. Хотя, как выяснится позже, идея о материальном хранителе наследственной информации, расположенном в клетке, была скорее верной.

Развитие представлений о наследственности, как и развитие любой науки, тесно сопряжено с развитием методологии и изобретением конкретных экспериментальных подходов. Научные методы скрещивания растений впервые применил Иозеф Готлиб Кельрейтер (1733 — 1806), работавший, в том числе и в Петербурге.

 Его заслуга в том, что он изобрел метод полукастрации цветков растений — удаления тычинок с недозревшими пыльниками. Такая манипуляция дает возможность скрещивать растения с заданными признаками, исключая возможность самоопыления.

Исследования, проводимые с использованием такой методики, привели к выявлению самых первых закономерностей наследования признаков. В частности, Томас Эндрю Найт (1759 — 1838) обнаружил, что какие-то признаки могут не проявляться в потомстве от скрещивания особей с альтернативными их проявлениями, а другие, наоборот — сохраняются. Впоследствии Грегор Мендель назовет такие признаки рецессивными и доминантными соответственно.

Немаловажные исследования провел французский садовод Огюстен Сажре (1763 — 1851). Скрещивая представителей различных сортов фруктовых деревьев, он пришел к выводу, что многие признаки у потомства от скрещиваний не смешиваются, а перераспределяются между особями.

Шарль Ноден (1815 — 1899), сотрудник музея естественной истории Парижского Ботанического сада, проводя скрещивания разновидностей бахчевых культур, пришел к выводу о том, что доминирование и преобладание каких-либо признаков у потомства от скрещивания не зависит от того, кто из родителей передает признак потомку. Хотя позже оказалось, что это не совсем верно. Первым человеком, который смог выявить и описать элементарные законы наследственности был Грегор Иоганн Мендель (1822 — 1884) — монах из города Брно.


В своих трудах и в знаменитой книге «Опыты над растительными гибридами» (1865 г.), Мендель описал проведенные им невероятно трудоемкие и тонкие эксперименты с исследованием гибридов гороха. На основании полученных результатов Менделем были выявлены закономерности, которые так и вошли во многие учебные пособия под названием Законы Менделя.



Заслуга Менделя, прежде всего в том, что он впервые понял, что для изучения законов наследственности необходимо работать с очень крупными выборками организмов и чрезвычайно тщательно вести учет полученного потомства, анализируя результаты при помощи математических и статистических методов.

Менделем было обнаружено, что признаки определяются парами наследственных факторов, причем каждый из пары таких факторов приходит к потомству либо от отца, либо от матери. Также он выяснил, что наследственные факторы имеют дискретную природу, то есть доминантные и рецессивные факторы не смешиваются между собой, а одни лишь подавляют действие других.

К величайшему сожалению, опыты Менделя не были по достоинству оценены его современниками. Да и сам Мендель, пытавшийся повторить свои результаты на других растительных объектах, по ряду причин потерпел неудачу. Эти обстоятельства отсрочили рождение генетики как науки.

Законы Менделя были переоткрыты спустя четверть века после публикации его трудов. Независимо друг от друга похожие эксперименты в 1900 году поставили германский ученый Карл Корренс (1864 — 1933) на кукурузе, австриец Эрих Чермак (1871 — 1962) на горохе и голландец Гуго де Фриз (1848 — 1935) на ослиннике, маке и дурмане. Впоследствии, именно Гуго де Фриз откроет явление мутаций — спонтанно возникающих наследственных изменений. Кроме того, как раз к этому времени приурочено возникновение самих терминов «генетика» и «ген». Они были введены датским исследователем Вильгельмом Людвигом Иогансеном.

 Дальнейшее развитие генетики как науки тесно сопряжено с открытиями в области цитологии. Исследования клеточных и жизненных циклов растений и животных, открытие процессов митоза и мейоза, обнаружение хромосом дало возможность выявить взаимосвязь между поведением хромосом в мейозе и при оплодотворении и поведением генов при скрещиваниях. Благодаря этому вскоре была сформулирована Хромосомная теория наследственности. Основным постулатом этой теории было то, что хромосомы являются материальными носителями наследственной информации, и именно в них располагаются гены.

Хромосомную теорию наследственности, на настоящий момент прекрасно экспериментально обоснованную, сформулировали Томас Гент Морган и его сотрудники.

Несмотря на то, что исследователям стало ясно, какие клеточные структуры хранят и переносят наследственную информацию, еще довольно продолжительное время оставалось неясным, каким образом осуществляется реализация этой информации, какие химические соединения участвуют в этих процессах и каковы молекулярные механизмы явлений наследственности и изменчивости.

Долгое время считалось, что за функцию наследственности, как и за множество других функций в организме, отвечают белки и ферменты. Однако в состав хромосом входила не только белковая фракция, в них также находилась ДНК — дезоксирибонуклеиновая кислота. Молекулы ДНК поначалу воспринимали исключительно как структурный компонент хромосом. Некий полимерный каркас. Лишь в 1944 году в «Журнале экспериментальной медицины» (США) была опубликована тогда почти никем не замеченная статья американских бактериологов Освальда Теодора Эйвери, Колина Маклеода и Маклина Маккарти, в которой было показано, что веществом — носителем генетической информации является именно ДНК.

Тогда же, в 40-х годах начинают выясняться первые факты о природе генов — элементарных единиц наследственности. Американские исследователи Джордж Уэллс Бидл и Эдвард Лаури Тэйтум развивают направление биохимической генетики, изучая, каким образом нормальные и мутантные гены влияют на прохождение биохимических реакций в организме. Им принадлежит вывод о том, что один ген определяет один фермент, следовательно, одну реакцию в биохимической цепи превращений. Это важнейшее открытие было удостоено Нобелевской премии в 1958 году, несмотря на то, что позднее данная концепция окажется не вполне точной.

Помимо этого, Альфред Херши и его сотрудница Марта Чейз доказали, с использованием методов радиоактивного мечения и электронной микроскопии, что и у бактериофагов «веществом наследственности» является именно ДНК, поскольку именно эта молекула проникает в клетку бактерии при заражении.


Джеймс Уотсон и Френсис Крик

Следующий очень крупный прорыв не только в генетике, но и во всей науке совершили в 1953 году исследователи Джеймс Уотсон и Френсис Крик. Опираясь на работу, проделанную Эрвином Чаргаффом, Морисом Уилкинсом и его сотрудницей Розалинд Франклин, они выяснили, как организована молекула ДНК и какие ее особенности позволяют ей хранить и передавать генетическую информацию. Это было действительно революционное открытие, определившее развитие биологии и генетики на многие годы вперед.

После открытия структуры ДНК, во второй половине XX столетия, родилось сразу несколько новых биологических дисциплин. Среди них молекулярная биология — наука о структуре, функциях нуклеиновых кислот, а также о ферментативных процессах, обеспечивающих их жизнедеятельность.

 Молекулярная генетиканаука, изучающая молекулярные механизмы генетических процессов: репликации, репарации, рекомбинации, а также механизмы мутагенеза и контроля действия генов.

Одним из важнейших открытий в этих областях было обнаружение механизмов включения и выключения деятельности генов, которое было произведено французскими исследователями Франсуа Жакобом и Жаком Моно. Их работы с лактозным опероном кишечной палочки E.coli были удостоены в 1965 году Нобелевской премии. С этими исследованиями связано возникновение представлений о регуляторных областях в геномах организмов и о существовании большого количества некодирующих последовательностей ДНК, выполняющих очень важные функции.

Кроме того, в середине прошлого века американская исследовательница Барбара МакКлинток обнаружила генетические элементы, способные менять свою локализацию на хромосомах. Сначала ее исследования казались малоубедительными научной общественности, однако на рубеже 50-х и 60-х годов ее выводы были подтверждены в лабораториях Хогнесса и Георгиева, после чего стало ясно, что геномы организмов содержат еще и внутренние механизмы собственной реорганизации. Эти открытия чрезвычайно важны для понимания молекулярных механизмов эволюции живой природы.

В 70 — 80-х годах прошлого столетия активно развивается генная инженерия — совокупность методов, позволяющих выделять из организмов нужные гены и интегрировать их в геномы других организмов, с целью изменить их генотип, или получить продукт данного гена в чистом виде. Развитие генной инженерии играет решающую роль в современных медицинских технологиях и сельском хозяйстве. В настоящее время существование человечества без трансгенных и генетически модифицированных организмов просто невозможно.
И наконец, в 80-х и 90-х годах появляются и совершенствуются методы, позволяющие определять последовательность нуклеотидов ДНК в геномах различных организмов. За изобретение методики секвенирования ДНК в 1980 году Уолтер Гилберт вместе с Аланом Максамом и Фредериком Сенгером удостаиваются Нобелевской премии. Эти методы позволили произвести полный сиквенс (определение последовательности нуклеотидов ДНК) геномов многих организмов. Среди них дрозофила, нематода, многие бактерии и вирусы, рис, горох, мышь и, конечно, же, человек. Благодаря этому стало возможно возникновение геномики — науки об организации и функционировании геномов живых организмов, а также биоинформатики — набора методов сравнения и сопоставления последовательностей ДНК и белков с целью выявления их функциональной роли и пространственной организации.

Еще одной немаловажной методикой, сильно упростившей многие исследования, стала методика полимеразной цепной реакции (ПЦР), благодаря которой можно выделить ДНК из конкретного участка генома любого организма, даже если этот организм давно умер, а также из самой мельчайшей частицы живой ткани. Эта методика была разработана в 1983 году Кэри Мюллисом, который получил за это важнейшее изобретение Нобелевскую премию.

В настоящее время основными направлениями развития фундаментальной генетики являются исследования механизмов регуляции последовательности включения и выключения генов в ходе индивидуального развития особей, а также изучение взаимодействий больших групп генов (генных сетей), регулирующих факторов и внеклеточных раздражителей при формировании конкретных признаков. Все эти направления объединяются в научную дисциплину, которая носит название эпигенетики. Исследования в этой области позволят развить методы генной терапии многих заболеваний и научиться контролировать развитие многих ценных сельскохозяйственных растений и животных. Немаловажно также изучение генетического контроля формирования различных заболеваний. Одним из самых серьезных вызовов всей современной науке является изучение процессов формирования раковых опухолей — канцерогенеза. Разумеется, дальнейшее развитие генетики и близких ей дисциплин просто невозможно без совершенствования технологий и изобретения новых приборов для молекулярных, биоинформационных и цитологических исследований.

 

История генетики в России

Научная мысль в нашей стране всегда была представлена яркими исследователями и интересными открытиями, однако далеко не всегда наши ученые имели возможность свободно работать, высказывать свои мысли и проводить эксперименты. В истории нашего государства бывали периоды, в ходе которых ученые подвергались гонениям, а научная мысль клеймилась и объявлялась вне закона. Наиболее страшная участь постигла как раз генетику во времена советской власти.

В начале XX века мировая генетика, как и наука в нашей стране, развивалась стремительными темпами. На фоне формулирования хромосомной теории наследственности, изучения генетики определения пола и исследований в области генетической изменчивости, в России формируется множество исследовательских групп и центров, где развиваются генетические исследования.

 Пионерами в области развития науки о наследственности в нашей стране были Николай Константинович Кольцов (1872 — 1940), создавший в 1917 году Институт экспериментальной биологии (ИЭБ), а также Сергей Сергеевич Четвериков, которого Кольцов пригласил возглавить в этом институте лабораторию генетики. С этого времени начинается история московской школы генетики, давшей мировой науке такие имена, как Б.Л. Астауров, С.М. Гершензон, Н.П. Дубинин, А.С. Серебровский, Н.В. Тимофеев-Ресовский.
Н.К.Кольцов С.С. Четвериков
История генетики в Петербурге связана с такими именами, как Н.И. Вавилов, Г.Д. Карпеченко, Г.А. Левитский. Кафедру генетики в Санкт-Петербургском университете организует Ю.А. Филипченко в 1919 году.

Отечественные генетики внесли серьезный вклад в развитие мировой науки. Среди наиболее значимых исследований и обнаруженных закономерностей можно отметить работы Н.И. Вавилова (1887 — 1943), в которых он описывает параллелизм в наследственной изменчивости родственных видов (1922) и центры возникновения культурных растений (1927). Работая во Всесоюзном институте растениеводства, Вавилов собирает громадную коллекцию семян плодово-овощных и зерновых культур со всего мира.

 Г.Д. Карпеченко (1899 — 1942) впервые получил межродовые растительные гибриды.

Н.К. Кольцов впервые предложил матричный принцип репродукции генов и предложил идею, что все гены в хромосоме представляют единую молекулу (правда, Кольцов не предполагал в качестве такой молекулы ДНК). А.С. Серебровский и С.С. Четвериков развивают направление популяционной генетики и изучают связь закономерностей генетики с теорией эволюции.

Ученики Серебровского: Н.П. Дубинин, Б.Н. Сидоров, И.И. Агол, Н.И. Шапиро, вместе с ним пытаются выяснить строение гена. Им удается показать сложную линейную организацию генов. Также этой группой исследователей был открыт эффект положения генов (эффект Дубинина) — явление изменения активности генов при перемене места их локализации на хромосоме.

На фоне такого прогресса в развитии биологической науки, начинают происходить события, которые впоследствии приведут к практически полному разгрому генетики в Советском Союзе. Дело в том, что тогда в нашей стране приоритетные направления и идеи в науке определялись не мыслями и исследованиями ученых, а идеологической политикой властей. Эволюционизм и учение о роли хромосом в наследственности и изменчивости были с этих позиций менее удобны для построения коммунистического общества, чем так называемый неоламаркизм, поскольку генетические закономерности отрицают возможность возникновения популяций, состоящих из исключительно идеальных особей. Наличие мутаций, генетического дрейфа, естественного отбора неизменно приводит к возникновению особей, выбивающихся из общей нормы. Такая логика касается и человеческого общества, поэтому при любом строе и в любой стране всегда будут люди, ведущую асоциальную и порочную жизнь. Эта теория отрицалась марксистско-ленинской философией, поскольку считалось, что коммунистический строй воспитает идеальных людей, которые будут жить в идеальном государстве. По этой причине представители власти предпочитали неоламаркистскую концепцию, в рамках которой возможно наследование благоприобретенных признаков. Это означает, что любой преступник, вор, бродяга, наркоман может быть подвергнут некоему улучшению своей наследственности в процессе жизни и тоже стать членом коммунистического «рая» на земле. К тому же после коллективизации и раскулачивания лучших крестьян, в стране начались проблемы с продовольствием, и необходимы были новые сорта культурных растений. Более стойкие, лучше плодоносящие. Генетики не обещали чудес в этой сфере. Они понимали, что на выведение таких сортов могут уходить годы, а то и десятки лет.
Т.Д.Лысенко
На волне такой идеологической обстановки в науке к середине 30-х годов появляется не вполне образованный, но зато отлично чувствующий конъюнктуру человек — Трофим Лысенко. Он предлагал рецепты быстрого выведения сельского хозяйства из кризиса и получения новых сортов растений за 2 — 3 года. Его идеи не основывались на научных данных. Он считал, что один вид растений может преобразоваться в другой в результате некоего скачка, моментально. А благоприобретенные в результате этого процесса признаки будут наследоваться. Он отрицал наличие генов, не верил в роль хромосом в наследственности и в естественный отбор.

Несмотря на все это, он быстро поднялся по служебной лестнице и к 1939 году он уже был академиком АН СССР и председателем Всесоюзной академии сельскохозяйственных наук (ВАСХНИЛ). С приходом к власти Лысенко, отечественные генетики подверглись гонениям. Н.И. Вавилов был арестован и в 1943 году погиб в Саратовской тюрьме. Четвериков был уволен и отправлен в ссылку на Урал. Кольцов был снят с должности директора ИЭБ и вскоре умер от инфаркта миокарда. В тюрьмах погибли Карпеченко Г.Д., Левитский Г.А., Левин М., Беляев Н.К., Агол И. и прочие. Пика своего могущества Лысенко достиг к 1948 году, когда на знаменитой августовской сессии ВАСХНИЛ он прочитал доклад «О положении в отечественной науке», в котором подверг критике все идеи и постулаты генетических теорий. После этого слова «ген», «хромосома», «генетика» были запрещены в нашей стране. Множество людей было уволено с работы. Они были вынуждены искать другие специальности.

Изменение ситуации произошло только во времена правления Хрущева, через несколько лет после смерти Сталина. В 1957 году М.Е. Лобашев начинает читать в Ленинградском университете курс генетики. Основывается Новосибирский Институт цитологии и генетики. Позднее появляется Институт молекулярной генетики в Москве. Окончательное оправдание генетики и восстановление исследований происходит только к середине 60-х годов. Так или иначе, отечественная биология потеряла более четверти века своего прогрессивного развития в результате периода «лысенковщины».

В настоящее время мировая наука развивается быстро и общество не всегда успевает за темпами ее развития. В нашей стране работает множество образовательных и научно-исследовательских институтов и центров, так или иначе имеющих отношение к изучению вопросов наследственности и изменчивости. Основная их масса сосредоточена в таких городах как Москва, Санкт-Петербург, Новосибирск, Казань, Томск и другие. Российские ученые занимаются практически всем основными вопросами современной науки. Однако, разумеется, отечественные научные школы и лаборатории могли бы работать гораздо качественнее и быстрее, если бы государство обращало больше внимания на материальное поддержание исследовательских институтов и способствовало тому, чтобы молодые ученые не отъезжали за рубеж, а оставались работать в России.

 

Предпосылки работы Менделя

Грегор Мендель был не только хорошо образованным человеком (окончил Венский университет) но и прекрасным садоводом, умеющим хорошо и тонко работать руками. В Брюннском монастыре, в котором он сначала служил, а потом был назначен настоятелем, у него был небольшой участок земли, на котором можно было выращивать горох. Выбрать какую-то другую культуру было вряд ли возможно, поскольку на земле монастыря можно было выращивать лишь те растения, которые имели хозяйственную ценность или могли употребляться в пищу.

 

К тому же посевной горох (Pisum sativum) был очень удобен и с точки зрения проведения опытов. Его удобно выращивать. Можно на небольшой территории содержать достаточно крупную популяцию (это необходимо, поскольку генетические закономерности носят статистический характер, а Мендель был одним из первых естествоиспытателей, четко осознавшим это). Горох обладает множеством четких морфологических признаков, хорошо различающихся своими альтернативными проявлениями (таблица 1). К тому же горох способен не только к самоопылению, но и к перекрестному опылению, что дает возможность исследователю проводить любые скрещивания.



Для чистоты эксперимента Мендель выбрал такие линии гороха, признаки в которых поддерживались в течение многих поколений, а в потомстве не бывало расщепления. Такие линии он назвал чистыми. Помимо этого, залогом успеха экспериментов Менделя стало то, что он исследовал наследование каждого признака (или группы признаков) в отдельности, скрещивая линии, отличающиеся только по форме семян, окраске семядолей или по какому-то другому признаку. Скрещивания, в которых особи отличались только по одному параметру, Мендель назвал моногибридными, по двум признакам – дигибридными и так далее. Это позволило ему четко ставить задачи и планировать свои опыты

И, пожалуй, главным нововведением Менделя в гибридологический метод был строгий количественный учет распределения проявлений конкретных признаков у потомства. Потомство от каждого растения анализировалось индивидуально, а затем подсчитывалась суммарная численность по каждому признаку по всей выборке растений. А выборки использовались очень большие (до нескольких тысяч растений), так что Менделю приходилось проводить работу очень кропотливую и требующую завидной аккуратности. К тому же, он был первым человеком, оценивавшим достоверность и репрезентативность своих выборок статистическими методами. Как уже писалось выше, без такой оценки, невозможно было бы выявить качественные закономерности явлений наследственности, поскольку эти явления носят сугубо вероятностный характер. То есть, нельзя точно предсказать, сколько потомков от скрещивания будет иметь одно из альтернативных проявлений исследуемого признака, а сколько – другое. Можно лишь определить вероятность того или иного проявления.

 Таким образом, аккуратность и продуманность экспериментов, использование крупных выборок и статистическая обработка результатов позволили Грегору Менделю выявить ряд важнейших закономерностей наследования признаков, универсальных для всех диплоидных организмов, размножающихся половым путем.
Законы Менделя

Правило единообразия гибридов первого поколения

Первая закономерность, которую Мендель обнаружил в своих опытах, заключалась в том, что при скрещивании двух чистых линий гороха, отличающихся по одному признаку, потомство первого поколения всегда было единообразным. То есть фенотип потомства повторял фенотип одного из родителей, и никакого расщепления в потомстве не было.

 При этом, для каждого признака в первом поколении всегда проявлялся один и тот же его вариант. Например, при скрещивании растений с желтыми семенами с растениями с зелеными семенами, в первом поколении все гибриды были с желтыми семенами.

То проявление признака, которое сохраняется у гибридов первого поколения от скрещивания двух чистых линий, Мендель назвал доминантным проявлением (лат. dominus - господствующий), а то, которое «пропадает» - рецессивным (лат. recessus - отступающий). Это правило единообразия соблюдалось для всех семи признаков, которые Мендель исследовал.



Закон расщепления

Далее Мендель решил провести самоопыление полученных гибридов. Это было необходимо для того, чтобы выяснить, куда же «пропадают» рецессивные признаки. После проведения такого скрещивания Мендель обнаружил, что в потомстве появляется расщепление. То есть у части растений проявляется доминантный вариант признака, а у части – рецессивный.

 В результате проведенных скрещиваний выяснилось, что по каждому из исследованных признаков расщепления одинаковые: у 3/4 всего потомства проявлялся доминантный вариант признака, а у 1/4 - рецессивный (расщепление 3:1). Для признака окраски семядолей количество доминантных проявлений (желтые семядоли) составило 6022, а количество рецессивных проявлений – 2001.

Из полученных результатов Мендель сделал следующий вывод. Он решил, что такая картина возможна только если каждый признак определяется парой неких наследственных факторов. При этом факторы разделяются при образовании гамет таким образом, что в гамету (в пыльцу или в завязь пестика) попадает только один из пары. При оплодотворении эти факторы соединяются в зиготе, причем, если от одного из родителей приходит доминантный фактор, а от другого рецессивный, то проявление признака будет доминантным. Таким образом, рецессивное проявление признака возможно лишь при сочетании двух рецессивных факторов. Эти соображения в литературе обычно носят название «Гипотезы чистоты гамет». То есть, каждая гамета содержит лишь один из пары факторов, оставаясь «чистой» от другого. А сама закономерность, выявленная Менделем после анализа результатов самоопыления гибридов первого поколения, стала называться «Законом расщепления».

Позднее, уже после переоткрытия законов Менделя, для обозначения этих наследственных факторов будет введен термин ген. А разные формы одного гена (рецессивные и доминантные) станут называться аллелями. Набор аллелей данного гена у особи назовут генотипом этой особи по данном гену.

При этом, если в генотипе организма присутствуют оба доминантных или оба рецессивных аллеля, говорят, что такой организм гомозиготен по данному гену. А если в паре представлен как доминантный, так и рецессивный аллель, то говорят, что организм гетерозиготен по данном гену.

Итак, теперь мы можем описать закономерности Менделя на современном языке. При скрещивании рецессивной и доминантной гомозигот, первое поколение гибридов будет единообразным и гетерозиготным, тогда как во втором поколении появится расщепление 3:1 по фенотипу и 1:2:1 по генотипу (поскольку по генотипу есть три типа организмов: АА, Аа и аа, причем первые два варианта генотипа имеют одинаковое фенотипическое проявление).

 В каком-то смысле, Менделю повезло. Дело в том, что такие красивые экспериментальные результаты могли получиться лишь в том случае, если аллели генов с равной вероятностью попадают в гаметы, а разные типы гамет потом находят друг друга с одинаковой вероятностью. В противном случае, правильные выводы Менделем могли быть и не сделаны, даже при учете его огромных и достоверных выборок.




Закон независимого распределения

Грегор Мендель не остановился на изучении принципов наследования единичных признаков. После завершения первого этапа своих опытов он решил попробовать скрестить линии, отличающиеся парой признаков, а во всем остальном абсолютно схожие. Такой эксперимент помог бы ему выявить взаимосвязь между наследованием разных признаков.

К признаку окраски семян Мендель добавил признак формы семян. Этот признак имел два альтернативных проявления: гладкие семена (доминантный вариант) и морщинистые семена (рецессивный). В скрещивание были взяты растения с желтыми и гладкими семенами с одной стороны и растения с зелеными и морщинистыми семенами с другой. Первое поколение гибридов, как и следовало ожидать, было единообразным. Все растения F1 давали желтые и гладкие семена. После проведения самоопыления гибридов первого поколения Менделем было обнаружено интересное расщепление: 9/16 потомков давало желтые и гладкие семена, 3/16 – желтые и морщинистые, 3/16 – зеленые и гладкие, и, наконец, зелеными и морщинистыми семена были лишь у 1/16 всех потомков. Таким образом, расщепление было 9:3:3:1.

Мендель обратил внимание на то, что если посчитать расщепление по каждому признаку в отдельности, то получится, что оно остается таким же, как и в моногибридном скрещивании. В самом деле, 12/16 всех растений давало семена желтого цвета, а семена зеленого цвета давало лишь 4/16 всех растений. Точно также с признаком формы семян: 12/16 гладких и 4/16 морщинистых. Как видно, соотношение 3:1 сохраняется. Из этого результата Мендель сделал вывод о том, что данные признаки наследуются независимо друг от друга. Иными словами, аллели гена, ответственного за проявление одного признака, комбинируются у потомков независимо от того, как комбинируются аллели другого исследуемого гена. Впрочем, позднее окажется, что это правило не всегда соблюдается.

В любой природной популяции очень важно разнообразие генотипов и фенотипов особей. Это необходимо для выживания как конкретной популяции, так и вида в целом, в постоянно меняющихся условиях среды. В естественных условиях простая комбинаторика аллелей таит в себе огромное разнообразие фенотипов. Число различных гамет, которые способна дать особь, увеличивается пропорционально тому, сколько генов у этой особи находится в гетерозиготном состоянии. Число различных гамет будет равняться 2n, где n – это число генов в гетерозиготном состоянии.

Таким образом, если предположить, что человек гетерозиготен хотя бы по 20 генам (в действительности эта цифра на порядки больше), то число типов гамет, которые может образовать такая полигетерозигота, составит: 220 = 1048576. Эта цифра дает некоторое представление о потенциальных возможностях комбинативной



Задача:

При скрещивании дрозофил с нормальными крыльями между собой в потомстве из 5347 мух получено 1338 были с загнутыми крыльями.

Определите характер наследования признаков и генотипы родителей.

Решение:

В потомстве произошло расщепление, значит, родительские мухи гетерозиготны. Очевидно, что признак «нормальные крылья» доминирует. При расщеплении 4009 мух имели нормальные крылья, что примерно в три раза больше, чем с загнутыми крыльями (1338).




Прикольные задачки для любознательных

Эти задачи могут войти в ТКР, не обязательно решать их все. На примере выдуманных животных и ситуаций рассматриваются реальные закономерности наследственности.

 1. У бурликов шерсть нормальной длины – доминантный признак, а короткая шерсть – рецессивный. У самки с короткой шерстью 7 бурлят (4 короткошерстных и 3 с нормальной шерстью). А. Опишите генотип самца одним словом. Б Опишите фенотип самца. В. Каковы генотипы бурлят с нормальной шерстью. Г. Какому теоретическому расщеплению соответствует расщепление по фенотипу в F1? Д. Какое расщепление может быть в потомстве, если короткошерстных бурликов скрестить с матерью?

2. Одна порода хрунявчиков представлена животными серой и черной масти. При скрещивании черных хрунявчиков хрунята получаются только черные. Скрещивание черных с серыми дает половину черных и половину серых хрунят. При скрещивании серых хрунявчиков получаются хрунята серые, черные и белые, причем серых в два раза больше, чем черных или белых. А. как наследуется окраска шерсти? Б. Каким должно быть расщепление по фенотипу при скрещивании серых хрунявчиков? В. Каким должно быть расщепление по генотипу при скрещивании серых хрунявчиков? Г. Каким должно быть расщепление по фенотипу при скрещивании черных животных с серыми? Д. Каким должно быть расщепление по генотипу при скрещивании черных животных с серыми?

3. У сапунов доминантные гомозиготы имеют красный цвет, рецессивные гомозиготы – белый, а гетерозиготы пестрые. В гареме пестрого сапуна есть сапухи всех трех мастей. А. Какова вероятность появления пестрого сапуненка у доминантной гомозиготной самки? Б. Какова вероятность появления пестрого сапуненка у гетерозиготной самки? В. Какова вероятность появления пестрого сапуненка у рецессивной гомозиготной самки? Г. Может ли гомозиготный организм в данной случае быть пестрым? Д. Может ли гомозиготный организм в данной случае быть белым?

4. Двух черных куздр несколько раз скрещивали с коричневым самцом. Потомство первой – 36 черных куздрят, потомство второй – 14 черных и 10 коричневых куздрят. А. Какая окраска доминирует? Б. Опишите генотип первой самки. В Опишите генотип второй самки. Г. Опишите генотип самца. Д. какому теоретическому расщеплению соответствует расщепление по фенотипу в потомстве второй самки?

5. Минизавры с двумя рецессивными генами – серые, гетерозиготы – желтые, а доминантные гомозиготы гибнут на эмбриональной стадии развития. А. Какое потомство следует ожидать при скрещивании желтых и серых минизавров? Б. Какое потомство следует ожидать при скрещивании желтых минизавров между собой? В. Во сколько раз желтых будет больше. чем серых?

6. В стае домашних пингвинов есть пугливые особи (рецессивный признак) и агрессивные (доминантный). А. От какого признака – пугливости или агрессивности – легче избавиться? Б. Как должен поступить хозяин, чтобы быстрее увеличить прибыль от продажи пингвинов: скрещивать пугливых с агрессивными; скрещивать между собой только агрессивных; скрещивать только пугливых? В. каких животных надо взять для скрещивания, чтобы сразу четко выявить ген пугливости? Г. какое расщепление следует ожидать в потомстве после такого скрещивания в случае выявления гена пугливости?

7. У бегемотов пристрастие к пиву является доминантным признаком, а у генов зеленой и белой окраски наблюдается неполное доминирование: гетерозиготные особи окрашены в салатовый цвет. скрестили дигетерозиготных бегемотов. С какой вероятностью у потомков F1 будут присутствовать следующие признаки: А. Равнодушие к пиву; Б. Салатовая окраска; В.Белая окраска; Г. Белая окраска и любовь к пиву; Д. Равнодушие к пиву и салатовая окраска.

8. Гомозиготного дракона с красной шкурой (А) и нормального роста (Б) скрестили с карликовым драконом желтого цвета. А) какими будут фенотипы потомков первого поколения? Б) Если скрестить этих потомков, какова вероятность появления в F2 красных драконов обычного роста? В) Если скрестить этих потомков, какова вероятность появления в F2 красных карликов? Г) Если скрестить этих потомков, какова вероятность появления в F2 желтых драконов обычного роста? Д) Если скрестить этих потомков, какова вероятность появления в F2 желтых карликов?

9. У сявок ген черной окраски доминирует над геном рыжей окраски, а ген короткой шерсти над геном длинной. Скрещивали дигетерозиготных животных. У самца гаметы, содержащие два доминантных гена, оказались нежизнеспособными. Получили 24 сявчика. Какое количество животных будет со следующими признаками: А) черный цвет и короткая шерсть; Б) черный цвет и длинная шерсть; В) рыжий цвет и короткая шерсть; Г) рыжий цвет и длинная шерсть; Д) какое расщепление по генотипу будет в потомстве?

10. У хряпозавров синяя чешуя доминирует над зеленой, а кривые клыки – над прямыми. Скрестили гомозиготного синего хряпозавра с кривыми клыками с зеленым, у которого клыки прямые. А) Сколько генотипов будет в первом поколении? Б) Сколько разных фенотипов может быть во втором поколении? В) Какое будет расщепление в F2 по фенотипу, если все полные гомозиготы окажутся нежизнеспособными? Г) Какое будет расщепление в F2 по фенотипу, если все полные гомозиготы окажутся нежизнеспособными и, кроме того, погибнут также и полные гетерозиготы? Д) какой процент оставшихся живыми синих чудовищ с кривыми клыками из F2 даст расщепление 1:1 при скрещивании их с рецессивными гомозиготами?



11. Любовь к физкультуре и неприязнь к математике – признаки доминантные. Учительница физкультуры, у которой в детстве по математике были одни тройки, вышла замуж за учителя истории, который не знает, что уравнения бывают квадратными и который спортивные состязания не любит смотреть даже по телевизору. В семье родилось двое детей. Один захотел пойти в математическую школу и стал заниматься плаванием, а другой до ночи мог играть во дворе в футбол, но считать количество забитых мячей не любил. А) каковы генотипы родителей? Б) Каковы генотипы детей? В) Какое минимальное количество детей должно быть, чтобы можно было точно определить генотипы родителей?










«Вы уже видели летающие тарелки?» — «Это ваш способ предложить мне выпить?» Американский диалог
ещё >>