Определение генетики
Генетика – это область биологии, занимающаяся изучением закономерностей и материальных основ наследственности и изменчивости организмов, а также механизмов эволюции живого.
Наследственность – это свойство организма передавать из поколения в поколение признаков строения, физиологических свойств и характера индивидуального развития.
Изменчивость – это свойство, противоположное наследственности. Изменчивость заключатся в способности изменения наследственных задатков под воздействием внешней среды.
Периодом наибольшего развития генетики можно считать несколько последних десятилетий, когда генетика вышла на первые позиции современной биологической науки.
Основные закономерности наследственности были установлены в результате опытов над растениями и животными. Историю развития генетики можно разделить на три основных этапа.
Первый этап развития генетики
Началом первого этапа развития генетики считается открытие Грегором Менделем в 1865 году свойства дискретности наследственных факторов, и разработка им гибридологического метода исследования наследственности. Г. Мендель по праву считается основателем науки генетики.
Такое свойство, как дискретность наследственности выражается в том, что отдельно взятые свойства организма и признаки развиваются под контролем генов – наследственных факторов, которые в процессе слияния гамет и образовании зиготы не растворяются и не смешиваются, а в процессе формирования новых гамет наследуются независимо друг от друга.
Однако, открытия Менделя в тот период развития биологии были опережающими, и поэтому не получили должного распространения. Значение открытий Менделя было по праву оценено лишь в 1900 г, когда три биолога – де Фриз, К. Корренс и Э. Чермак – независимо друг от друга проводили опыты, результаты которых оказались аналогичными выводам Менделя. Результаты гибридизации, проведенные в начале ХХ века, подтвердили законы наследования Менделя и доказали из универсальность по отношению ко всем живым организмам, размножающимся половым путем. Таким образом, законы Менделя были переоткрыты в 1900 году.
В ходе этих опытов, закономерность наследования признаков исследовались на примере целостного организма. Законы наследственности, открытые Менделем, стали основой теории гена, которое стало величайшим открытием в естествознании ХХ века. Именно благодаря этому генетика стала стремительно развивающейся отраслью биологии.
В 1901 -1903 гг. де Фризом была выдвинута теория мутационной изменчивости. Эта теория сыграла огромную роль в дальнейшем развитие генетики.
Датский ботаник В. Иоганнсен занимался изучением закономерности наследования признаков на чистых линиях фасоли. Работы ученого имели большое значение для развития науки. Иоганнсен в ходе своих исследований сформулировал понятии «Популяций», а также предложил термин «ген», определил понятия «фенотип» и «генотип».
Второй этап развития генетики
На втором этапе развития генетики происходит переход к изучению механизма наследственности на уровне клеток – цитогенетика.
В 1902 – 1907 гг. учеными Т. Бовери, У. Сэттоном и Э. Вильсоном была установлена взаимосвязь между законами наследования Менделя и распределением хромосом в процессе митоза и мейоза:
- Митоз – это Клеточное деление
- Мейоз – процесс созревания половых клеток.
В ходе развития учения о клетке было уточнено строение, формы и количество хромосом, и это позволило установить, что гены, которые контролируют те или иные признаки, являются участками хромосом. Это открытие стало главной предпосылкой становления хромосомной теории наследственности. Исследования американского генетика Т. Г. Моргана и его коллег, проведенные в 1910-1911 гг. на мухах дрозофилах, оказали решающее значение на процесс развития этой теории. В ходе этого исследования ученые установили, что гены располагаются в хромосомах в линейном порядке и образуют группы сцепления. Число групп сцепления соответствует числу пар гомологичных хромосом. Гены одной группы сцепления способны изменить комбинацию в ходе процесса созревания половых клеток благодаря явлению кроссинговера, что является основой одной из форм наследственной изменчивости организмов.
Кроме этого, на втором этапе развития генетики были установлены закономерности наследования признаков, связанных с полом.
Современный этап развития генетики
Третий этап развития генетики связан с достижениями молекулярной биологии. На этом этапе в процессе изучения явлений жизни на молекулярном уровне широко используются методы и принципы точных наук, таких как химия, физика, математика.
Грибы, вирусы и бактерии стали объектами генетических исследований.
В процессе изучения взаимоотношения генов и ферментов была определена теория «один ген – один фермент», которая была предложена Дж. Бидлом и Э. Татумом в 1940 году.
Согласно этой теории, каждым геном контролируется синтез одного фермента. В свою очередь, фермент осуществляет контроль за одной реакцией из ряда биохимических процессов, которые лежат в основе проявления внутреннего или внешнего признака организма.
Эта теория имела решающее значение в определении физической природы гена как элемента наследственной информации.
в 1953 году, на основе результатов опытов генетиков и биохимиков, а также данных рентгеноструктурного анализа, Ф. Крик и Дж. Уотсон сформировали структурную модель ДНК, имеющую форму двойной спирали. Эта модель хорошо согласуется со способностью этого соединения к самоудвоению генетического материала и сохранению его в поколениях, от клетки к клетке. Этими свойствами молекул ДНК объясняется и молекулярный механизм изменчивости, который предполагает, что любые ошибки самоудвоения генетического материала ДНК и отклонения от исходной структуры гена, возникшие однажды, будут воспроизводится в дальнейшем в дочерних нитях ДНК.
Позже эти положения были подтверждены путем экспериментов. Понятие гена уточнилось, ученые сумели расшифровать генетический код и принцип его действия в ходе синтеза белка в клетке.
Помимо этого, ученым удалось найти методы получения мутаций искусственным путем, с помощью которых были созданы совершенные сорта растений и выведены новые штаммы микроорганизмов – продуцентов аминокислот и антибиотиков.
В современной генетике появилось новое направление – генная инженерия.
Генная инженерия – это система приемов, которые дают возможность создавать искусственные генетические системы.
Основой генной инженерии является универсальность генетического кода, которая выражается в следующем: триплеты нуклеотидов ДНК программируют включение аминокислот в белковые молекулы всех организмов – человека, животных, растений, бактерий, вирусов. Это позволяет синтезировать новый ген либо выделить ген из одной бактерии и ввести его в генетический аппарат не имеющей этот ген бактерии.
Таким образом этот развития генетики открыл новые возможности направленного, контролируемого вмешательства в процессы наследственности и селекцию. Современный этап определил важность генетики в медицине, в частности, в исследовании закономерностей наследственных заболеваний и физических аномалий.
