Возникновение науки
Хотя история генетики как науки начинается только лишь в двадцатом веке, люди с древних времен заметили, что животные и растения могут передавать свои признаки из поколения в поколение. То есть было понятно, что в живой природе действуют механизмы наследственности. Однако некоторые признаки могут меняться у следующего поколения. То есть кроме наследственности существует также явление изменчивости.
Наследственность и изменчивость принято относить к основным свойствам живого. До девятнадцатого века было неясно что является причиной и того и другого явления. Отсюда можно выделить несколько гипотез, которые в свою очередь делятся на два типа: прямое и непрямое наследование.
Ученые, которые придерживались теории прямого наследования, рассуждали следующим образом: дочернему организму передается информация от всех органов и в систем родительских организмов через половые продукты. Так, Ламарк считал, что если какой-то орган у родителей был сильно поврежден, то этот же орган непременно будет поврежден и у потомков.
Приверженцы же теории непрямого наследования считали, что половые продукты образуются в организме независимо от всех остальных органов, а потому не могут передать следующему организму информацию о поврежденных органах родительского организма.
В любом случае приверженцы обеих теорий склонялись к тому, что есть некий «субстрат», который и передает признаки организма от родителей к детям.
Наследственность
Началом истории генетики как науки можно считать опыты Грегора Менделя, который в шестидесятых годах девятнадцатого века проводил многочисленные опыты над горохом, которые помогли ему вывести и установить ряд закономерностей в наследственности. Таким образом, этот ученый при помощи своих опытов вывел три закона наследственности:
- Закон единоoбразия гибридов первого поколения,
- Закон расщепления признака во втором поколении,
- Закон независимого наследования признаков.
Мендель сделал вывод о дискретности наследственного материала. Он рассуждал так: существуют отдельные задатки, которые отвечают за разные признаки, передаваемые потомству. Так называемые задатки отвечают за развитие определенных признаков и передаются через половые клетки от обоих родителей.
Современники Грегора Менделя не восприняли всерьез его работу и отнеслись к ней со скептицизмом. Законы, которые он вывел были заново выведены в двадцатом веке разными учеными на разных растениях и животных.
В конце девятнадцатого века удалось расшифровать механизм мейоза и митоза, в процессе которых хромосомы закономерно распределяются между дочерними клетками. А к началу двадцатого века ученые Т. Бовери и У. Сеттон поняли, что свойства передаются от поколения к поколению через хромосомы. Таким образом, в начале двадцатого века ученые наконец нашли тот самый «субстрат», в котором и заключены признаки организма.
Ученый У. Бетсон впервые стал называть науку, изучающую наследственность и изменчивость генетикой. Этот же ученый открыл закон чистоты гамет. Благодаря ученому по фамилии Иогансен в науке есть такие термины как «ген», «генотип» и «фенотип». Химическая природа гена была еще не разгадана, но ученые уже догадывались, что ген – это элементарная наследственная единица.
В 1906 году было выяснено одно из свойств гена – образование сцепленных пар. В том числе было открыто и сцепление с полом. Было ясно, что гены в организме не разрознены и не находятся сами по себе, а образуют целую систему, в которой можно проследить определенные зависимости и закономерности.
Изменчивость
Вместе с наследственностью, параллельно ей изучалась и изменчивость. В 1901 году де Фриз открыл, что при изменениях в структуре хромосом, может произойти изменение в генотипе или фенотипе вновь образованного организма. Позже, в ходе исследований было также обнаружено, что мутации могут возникать и при воздействии внешних факторов, таких как радиация, физическое воздействие, или воздействие химических веществ. Вследствие исследований было доказано, что хромосомы отвечают не только за наследственность, но и за изменчивость тоже.
В 1910 году, обобщив более ранние открытия, команда Т. Моргана выдвинула свою хромосомную теорию:
- Гены находятся в хромосомах и расположены в них линейно.
- У каждой хромосомы есть гомологичная ей.
- Ребенок получит только одну гомологичную хромосому от каждого из родителей
- Гомологичные хромосомы содержат одинаковый набор генов, но аллели генов могут различаться.
- Гены, находящиеся в одной хромосоме, наследуются сцеплено, но только в том случае, если они близко расположены.
- Кроссинговер более вероятен, если гены, находящиеся в хромосоме, будут друг от друга дальше.
Кроссинговер – обмен гомологичными участками хромосом.
Начало двадцатого века принесло множество открытий в научный мир, среди которых также внехромосомная или цитоплазматическая наследственность. Было обнаружено, что признаки могут наследоваться также при помощи митохондрий и хлоропласт.
Подвергнув хромосомы химическому анализу, ученые выяснили что хромосомы состоят из белка и нуклеиновых кислот. Поэтому, в первой половине двадцатого столетия многие ученые были уверены в том, что белок является носителем генетической информации.
В 40-х годах XX века в истории генетики происходит прорыв. Исследования становятся возможными на молекулярном уровне.
Основные события в истории генетики
В 1944 году, в ходе исследований становится ясно, что за признаки наследственности отвечает вещество, названное дезоксирибонуклеиновой кислотой или ДНК. ДНК было признано носителем генетической информации, а чуть позже стало понятно, что один ген кодирует один полипептид.
В 1953 г. Д. Уотсон и Ф. Крик расшифровали структуру ДНК. Оказалось, что это двойная спираль, состоящая из нуклеотидов. Ими была создана пространственная модель молекулы ДНК.
В 1953 году Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик смогли расшифровать структуру ДНК, это произошло во многом благодаря рентгенограмме, полученной ранее Розалиндой Франклин. Модель ДНК, представленная учеными, имела вид двойной правозакрученной спирали, которая состоит из нуклеотидов.
Уже позже, ближе к шестидесятым годам были сформулированы и описаны свойства генетического кода:
- Триплетность — значащей единицей кода является сочетание трёх нуклеотидов.
- Непрерывность — информация считывается непрерывно.
- Неперекрываемость — один и тот же нуклеотид не может входить одновременно в состав двух или более триплетов.
- Специфичность — определённый кодон соответствует только одной аминокислоте.
- Избыточность — одной и той же аминокислоте может соответствовать несколько кодонов.
- Универсальность — генетический код работает одинаково в организмах разного уровня сложности.
На семидесятые годы приходится бум генной инженерии, ученые начинают активно вмешиваться в структуру гена, изменять и синтезировать геномы. В это же время изучаются многие молекулярные процессы, которые являются основой различных физиологических процессов. Так происходит рождение молекулярной биологии.
В девяностые годы ученым уже удается расшифровать последовательность генов у различных организмов. Если в 1996 был секвенирован геном дрожжей, в 1998 году геном нематоды, а в 2003 уже удалось секвенировать геном человека. На сегодняшний день секвенированы тысячи геномов, созданы специализированные банки генов. Благодаря этому, можно на молекулярном уровне отличать отклонения и нормы, выявлять и предупреждать генетические заболевания. Кроме того, можно выяснять родственные связи между видами на молекулярном уровне.
