Генетика: История, хронология и факты науки

Генетика, изучение наследственности вообще и генов в частности.

Генетика является одной из центральных опор биологии и частично совпадает со многими другими областями, такими как сельское хозяйство, медицина и биотехнология.

С самого зарождения цивилизации, человечество осознало влияние наследственности и применило его принципы для улучшения возделываемых культур и домашних животных. Например, вавилонская табличка, которой более 6000 лет, показывает родословные лошадей и указывает на возможные наследственные признаки. На других старых рисунках видны перекрестные опыления пальмовых деревьев. Однако большинство механизмов наследственности оставалось загадкой до 19-го века, когда генетика стала систематической наукой.

Возникновение генетики

Генетика возникла из идентификации генов, фундаментальных единиц, ответственных за наследственность. Генетика может быть определена как изучение генов на всех уровнях, включая способы, которыми они действуют в клетке и способы, которыми они передаются от родителей к потомству.

Современная генетика фокусируется на химическом веществе, из которого состоят гены, называемом дезоксирибонуклеиновая кислота или ДНК, и на способах, которыми она влияет на химические реакции.

Действие гена зависит от взаимодействия с окружающей средой. Зеленые растения, например, имеют гены, содержащие информацию, необходимую для синтеза фотосинтетического пигмента хлорофилла, который придает им зеленый цвет. Хлорофилл синтезируется в среде, содержащей свет, потому что ген хлорофилла экспрессируется только тогда, когда он взаимодействует со светом. Если растение помещают в темную среду, синтез хлорофилла прекращается, потому что ген больше не экспрессируется.

Генетика как научная дисциплина проистекает из работ Грегора Менделя в середине 19 века. Мендель подозревал, что признаки были унаследованы как отдельные единицы и хотя он ничего не знал о физической или химической природе генов в то время, его единицы стали основой для развития нынешнего понимания наследственности.

Все нынешние исследования в области генетики можно отнести к открытию Менделем законов, регулирующих наследование признаков. Слово «генетика» было введено в 1905 году английским биологом Уильямом Бейтсоном, который был одним из первооткрывателей работ Менделя и стал поборником принципов наследования Менделя.

Историческое прошлое

Древние теории пангенеза и крови в наследственности

Хотя научные доказательства генетического наследования не появлялись до работ Менделя, история показывает, что человечество должно было интересоваться наследственностью задолго до появления цивилизации.

Сначала любопытство должно было основываться на сходстве человеческих семей, таких как сходство в строении тела, голосе, походке и жестах. Такие понятия сыграли важную роль в создании семейных династий.

Ранние кочевые племена интересовались качествами животных которых они пасли и несомненно, разводили их выборочно. Первые человеческие поселения, которые практиковали земледелие, похоже выбрали отборные растения с благоприятными качествами.

На древних гробницах изображены родословные племенных скаковых лошадей, содержащие четкие описания наследования нескольких различных физических признаков. Несмотря на этот интерес, первые зарегистрированные предположения о наследственности не существовали до времен древних греков; некоторые аспекты их идей до сих пор считаются актуальными сегодня.

Теория Гиппократа

Гиппократ (ок. 460 — ок. 375 до н.э.), известный как отец медицины, верил в наследование приобретенных признаков и чтобы объяснить это, он разработал гипотезу, известную как пангенезис. Он определил, что все органы тела родителя испускали невидимые «семена», которые были похожи на миниатюрные строительные компоненты и передавались во время полового акта, собираясь в утробе матери, чтобы сформировать ребенка.

Теория Аристотеля

Аристотель (384–322 гг. До н.э.) подчеркивал важность крови в наследственности. Он думал, что кровь обеспечивает генеративный материал для построения всех частей тела взрослого и полагал, что кровь была основой для передачи этой генеративной силы следующему поколению. Фактически он полагал, что сперма мужчины была очищена кровью и что менструальная кровь женщины была эквивалентом спермы. Эти мужские и женские вклады объединялись в утробе матери, чтобы родить ребенка.

Сегодня люди все еще говорят об определенных чертах характера как о «кровных линиях» и «кровных связях». Греческая модель наследования, в которой использовалось изобилие множества веществ, отличалась от модели Менделя. Идея Менделя заключалась в том, что различия между людьми определяются различиями в единичных, но мощных наследственных факторах. Эти единичные наследственные факторы были идентифицированы как гены. Копии генов передаются через сперму и яйцеклетку при этом определяют развитие потомства. Гены также несут ответственность за воспроизведение отличительных черт обоих родителей, которые видны у их детей.

Преформация и естественный отбор

В течение двух тысячелетий между Аристотелем и Менделем было зарегистрировано мало новых идей о природе наследственности. В 17 и 18 веках была введена идея преформации. Ученые, использующие недавно разработанные микроскопы, предположили, что они могут видеть миниатюрные копии человеческих существ внутри головок сперматозоидов.

Изображение ОплодотворениеФранцузский биолог Жан-Батист Ламарк привел идею «наследования приобретенных признаков» не как объяснение наследственности, а как модель эволюции. Он жил в то время, когда постоянство видов считалось само собой разумеющимся, однако утверждал, что это постоянство встречается только в постоянной среде.

Он провозгласил закон использования и неиспользования, который гласит, что когда определенные органы становятся специально развитыми в результате каких-либо экологических потребностей, то такое состояние развития является наследственным и может передаваться потомству.

Он полагал, что таким образом, на протяжении многих поколений, жирафы могли возникать от оленеподобных животных, которым приходилось растягивать шею, чтобы достичь высоких листьев на деревьях.

Как генная идея стала реальностью

20-й век добился огромных успехов в развитии понимания природы генов и того, как они функционируют. Публикации Менделя не упоминались в научной литературе до 1900 года, когда некоторые другие исследователи пришли к таким же выводам. Затем последовали сотни документов, показывающих наследство Менделяна на множестве растений и животных, включая людей. Казалось, что идеи Менделя имеют общее значение.

Многие биологи отмечали, что наследование генов тесно связано с наследованием хромосом во время делений ядер, называемых мейозами, которые происходят в клеточных делениях непосредственно перед образованием гамет.

Открытие связанных генов

Казалось, что гены были частями хромосом. В 1910 году эта идея была укреплена посредством демонстрации параллельного наследования определенных генов дрозофилы (типа плодовой мухи) на хромосомах, определяющих пол, американским зоологом и генетиком Томасом Хантом Морганом. Морган и один из его учеников, Альфред Генри Стюртевант, показали не только то, что определенные гены, по-видимому, связаны в одной и той же хромосоме, но и что расстояние между генами в одной и той же хромосоме можно рассчитать, измерив частоту возникновения новых хромосомных комбинаций.

В 1916 году другой ученик Моргана, Келвин Бриджес, использовал плодовых мух с дополнительной хромосомой, чтобы доказать вне всякого разумного сомнения, что единственный способ объяснить аномальное наследование определенных генов — это если они являются частью дополнительной хромосомы.

Американский генетик Герман Джозеф Мюллер показал, что новые аллели (называемые мутациями) могут быть получены с высокой частотой путем обработки клеток рентгеновскими лучами, что является первой демонстрацией мутагенного агента окружающей среды (мутации также могут возникать спонтанно).

Изображение исследование геновВ 1931 году американский ботаник Гарриет Крейтон и американский ученый Барбара МакКлинток продемонстрировали, что новые аллельные комбинации связанных генов коррелировали с физически обмененными частями хромосом.

Ранняя молекулярная генетика

В 1908 году британский врач Арчибальд Гаррод выдвинул важную идею о том, что болезнь человека, вызванная алкаптонурией и некоторыми другими наследственными заболеваниями, была вызвана врожденными ошибками обмена веществ, впервые предположив, что связанные гены оказывают молекулярное действие на клеточном уровне.

Молекулярная генетика не существовала всерьез до 1941 года, когда американский генетик Джордж Бидл и американский биохимик Эдвард Татум показали, что гены, которые они изучали в грибе Neurospora crassa, действовали путем кодирования каталитических белков, называемых ферментами.

Последующие исследования на других организмах расширили эту идею, чтобы показать, что гены обычно кодируют белки. Вскоре после этого американский бактериолог Освальд Эйвери, канадско-американский генетик Колин МакЛауд и американский биолог Маклин Маккарти показали, что бактериальные гены состоят из ДНК.

ДНК и генетический код

Важная веха была достигнута в 1953 году, когда американский генетик и биофизик Джеймс Д. Уотсон и британские биофизики Фрэнсис Крик и Морис Уилкинс разработали модель двойной спирали для структуры ДНК.

Эта модель показала, что ДНК способна к саморепликации путем разделения ее комплементарных цепей и использования их в качестве матриц для синтеза новых молекул ДНК. Предполагается, что каждая из переплетенных нитей ДНК представляет собой цепочку химических групп, называемых нуклеотидами, которых как известно, существует четыре типа. Поскольку белки представляют собой цепочки аминокислот, было предложено, чтобы конкретная нуклеотидная последовательность ДНК могла содержать код аминокислотной последовательности и следовательно, структуру белка.

В 1955 году американский молекулярный биолог Сеймур Бенцер, расширив более ранние исследования дрозофилы, показал, что мутации в гене могут быть картированы относительно друг друга. Его линейная карта указала, что сам ген представляет собой линейную структуру.

В 1966 году американские биохимики Маршалл Ниренберг и Хар Гобинд Хорана вывели полный генетический код всех 64 возможных единиц триплетного кодирования (кодонов) и специфических аминокислот. Последующие исследования на многих организмах показали, что двойная спиральная структура ДНК, способ ее репликации и генетический код одинаковы практически для всех организмов, включая растения, животных, грибы, бактерии и вирусы.

Читайте также:

Что такое фосфолипиды кратко

Микробная генетика кратко

Жмите кнопку «Поделиться» в соцсетях, чтобы не потерять информацию

Комментарии
Загрузка...

Здравствуйте! Мы используем куки для наилучшего представления нашего сайта. Вы видите это сообщение во исполнение нами Федерального закона от 27.07.2006 N 152-ФЗ "О персональных данных". Закрыть Читать далее