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.
Статья: Развитие генетики
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.
