Законы наследственности - Великие открытия в генетике ХХ века
Когда нас зачинают родители, мы наследуем их черты. Но как они перемешиваются?
В середине 19 века монах-августинец по имени Грегор Мендель занялся вопросом биологического наследования, он провел серию экспериментов.
У Менделя от природы был пытливый ум и чрезвычайная любовь к Природе. Его научный интерес простирался от исследования растений до метеорологии и теории эволюции.
Работая в монастыре на территории нынешней Чехии, Мендель начал экспериментировать с горохом, он наблюдал признаки получения видов. Почему горох? Сам он говорил - ради смеха.
Мендель заметил, что скрещивая круглый горошек с морщинистым, он все равно получал круглый, а не смесь двух видов, как он ожидал. Однако в следующем поколении появилась смесь: встречались как круглые, так и морщинистые семена.
Он продолжал экспериментировать, пытаясь понять, какой биологический механизм является причиной исчезновения определенных характеристик в первом поколении и проявления их во втором.
И вот однажды Мендель подсчитал число гороха во втором поколении, имеющего характеристики сморщенного вида - их было ровно четверть. Мендель в своих экспериментах обнаружил биологический феномен, который мы относим к раздельному наследованию и независимому наследованию, только тогда Мендель этого не знал.
И все же его эксперименты показали удивительные факты, которые, как он говорил, "сами просились на поверхность к моему изумлению". Не важно, как он скрещивал разные виды гороха, скрытые признаки проявлялись лишь на четверть и только во втором поколении.
И это было открытие Менделя. Впервые он мог продемонстрировать определенные закономерности в цепи наследования. Другими словами, существуют законы природы, которые управляют наследственностью.
Итак, Мендель сделал первое открытие в генетике. Особенности -- цвет глаз: каждая наследуемая характеристика должна содержать пару, как он их называл, факторов. Особенности - прижатая мочка уха: каждый родитель, по его словам, несет один фактор для каждой характеристики. Особенности - "веснушки": определенный фактор доминирует, другие отсутствуют. В зависимости от комбинации этих факторов и получаются наследственные черты.
Факторы Менделя назвали генами. Термин "особенности Менделя" используется для описания характеристик одного гена, который проявляется на одну четверть во втором поколении.
Эти характеристики могут быть как безобидными, вроде "веснушек" или способности скручивать язык, так и вести к серьезным заболеваниям вроде пузырного фиброза. И это все следует из простой работы одного человека с простым горохом.
А потом появились эксперименты с другими простейшими существами.
Гены нанизаны на хромосомы
Дрозофила меланогастер - обычная фруктовая мушка. Сегодня ее роль в генетических исследованиях не менее важна, чем столетие назад. Ведь в начале 20 века ученые вновь вернулись к работе Менделя о наследуемых признаках. А в 1909 году датский ботаник Вильгельм Йохансон придумал термин "гены", чтобы описать факторы Менделя.
Среди исследователей новой науки - генетики - был и Томас Хант Морган, эмбриолог из Колумбийского университета с независимым мышлением.
В своих ранних работах Морган критически подходил к концепции Менделя о наследственности, он скептически относился даже к самой теории эволюции Дарвина. Но лишь до поры до времени, пока не начал работать с дрозофилой.
Морган выбрал фруктовую мушку по нескольким причинам, главная из которых - короткое время смены поколений. Еще одна важная вещь: самка мушки дает сотни новых мушек, а для генетических исследований вам прежде всего необходимо много данных - много мушек, множество отдельных особей, ждать вечность у вас нет времени.
История гласит, что однажды, вскоре после начала разведения дрозофил для экспериментов, в лаборатории Моргана появился жуткий мутант с белыми глазами. Морган решил скрестить его с самкой, у которой были обычные для данного вида красные глаза.
Через две недели он получил результат. Одна за другой появлялись мушки первого поколения, у всех глаза были красные. Посчитав белые глаза чем-то вроде скрытого признака, Морган решил подождать и узнать, что произойдет во втором поколении.
Естественно, характеристика перескочила поколение: на этот раз у части особей были красные глаза, у других - белые. Но тут Морган столкнулся еще с одной деталью: все мушки с белыми глазами были самцами. К тому времени уже было известно, что пол определялся двумя палочковидными структурами, найденными в ядре клетки - хромосомами. Например, женщина обладает двумя X-хромосомами, а у мужчины одна X и одна Y-хромосома.
Морган понял, что ген, отвечающий за белые глаза, каким-то образом связан с фактом, что у самцов всего одна X-хромосома. А это значит, что у самок ген, отвечающий за красные глаза на одной из X-хромосом, должно быть, перекрывает ген белых глаз другой хромосомы. Чтобы доказать эту точку зрения, Морган вывел тысячи фруктовых мушек и изучил их черты.
Наблюдения Моргана в генетике абсолютно фундаментальны, потому что со своими студентами он показал, что гены расположены на хромосоме в линейном порядке.
Сегодня генетики знают, что причиной заболеваний вроде гемофилии и мускульной дистрофии являются поврежденные гены на X-хромосоме. Считается, что другие болезни, например, рак, также могут быть связаны с повреждениями хромосом.
За это открытие Морган был награжден Нобелевской премией по медицине в 1933 году, он стал первым ученым-генетиком, получившим эту премию.
А дрозофила меланогастер, благодаря своему взносу в работу Моргана стала одной из основополагающих экспериментальных моделей в науке.
Гены управляют биохимическими процессами
Джордж Бидл изучал фруктовую мушку наряду с Морганом. Работая в Париже в 1935 году, Бидл решил, что передача цвета глаз у дрозофилы является результатом химических реакций, влияющих на Генетику.
Бидл проводил свои исследования в университете Стэнфорда вместе в Эдвардом Тейтумом. Для своих экспериментов Бидл и Тейтум выбрали другой простейший организм - Нейроспору густую, красную хлебную плесень. Они выбрали плесень, потому что для ее роста нужны минимальные требования - хлеб, вода и воздух.
Нейроспора также имеет простой набор хромосом, что упрощает исследователям наблюдения изменения в генах. Зная, что рентгеновские лучи повреждают хромосомы, Бидл и Тейтум воздействовали на плесень, в результате в генах спор происходили мутации. Мутировавшие гены не могли производить необходимые питательные вещества для рождения плесени.
Однако, когда ученые добавили пищи, некоторые споры начали возрождаться. Здесь Бидла и Тейтума посетило озарение: они поняли, что обработанные радиацией споры не могут производить достаточного питания, поскольку у них повреждены гены.
Это было серьезное заключение. Это означало, что гены не просто передавали наследственную информацию от одного поколения к другому, они также управляли производством ферментов, от которых зависело выживание плесени. Гипотеза Бидла и Тейтума известна как "один ген - один фермент".
Непереносимость молока - один из примеров нарушения обмена веществ у человека, возникшего из-за потери одного единственного фермента. Он теряется из-за того, что некоторые люди получают ген, который не может производить лактозу, поэтому они не могут расщеплять сахар в определенных продуктах. Этот недуг легко лечится приемом препарата, содержащего необходимый фермент.
Благодаря Бидлу и Тейтуму мы получили фундаментальное понимание функции генов, а также была расчищена дорога для новых замечательных открытий в генетике.
Похожие статьи
-
Ферменты рестриктазы - Великие открытия в генетике ХХ века
Прорыва, приведшего ко всем предыдущим открытиям, могло и не случиться, если бы не бактериальный вирус, следующее открытие было также сделано благодаря...
-
Генетический код - Великие открытия в генетике ХХ века
РНК передает инструкции от ДНК для создания белка. Но каков генетический код - последовательность инструкций, которая делать этот процесс возможным? В...
-
Мигрирующие гены - Великие открытия в генетике ХХ века
До сих пор после рассмотрения работ Менделя , Моргана и Бидла с Тейтумом мы лишь видели, как гены передаются, где они находятся и как они работают, но...
-
Альтернативный РНК-переключатель - Великие открытия в генетике ХХ века
С открытием РНК-посредника ученые поняли процесс, с помощью которого ДНК передает инструкции для создания белка цитоплазме. Десятилетиями считалось, что...
-
РНК-посредник - Великие открытия в генетике ХХ века
За годы до того, как Уотсон и Крик начали определять структуру ДНК, ученые уже знали, что именно ДНК создает белок, который находится в цитоплазме. Но...
-
Двойная спираль - Великие открытия в генетике ХХ века
Еще в 1951 году химическая структура ДНК манила своей неизвестностью. В Англии в Кембридже биолог Джеймс Уотсон и физик Френсис Крик работали над...
-
Минисателлитные последовательности ДНК - Великие открытия в генетике ХХ века
Лондон, 1985 год. На самолете из Ганы прилетел мальчик, цель его визита - воссоединиться с матерью. Но инспекторы таможни подозрительны: оказалось, что...
-
Генетика человека имеет свои специфические методы исследования, отличающиеся от методов общей генетики. В зависимости от целей исследования были...
-
РНК-вмешательство, генов - Великие открытия в генетике ХХ века
В 1997 году ученые Эндрю Файер и Крейг Мелло провели серию экспериментов, чтобы лучше понять функции отдельных генов. Они ввели искусственную РНК,...
-
Особенности наследственности и изменчивости у человека - Генетика человека
Человечество принадлежит к одному виду - Homo sapiens - Человек разумный. К человеку приложимы в полной мере все закономерности биологических процессов,...
-
Основной закон популяционной генетики - Генетические процессы в популяциях
Закон Харди-Вайнберга -- это ключевая закономерность популяционной генетики. Этот закон можно сформулировать следующим образом: в популяции бесконечно...
-
Законы наследственности, Достижения современной цитологии - Цитологические исследования
Второй этап в развитии цитологии как науки охватывает 1900-1935. Он наступил после того, как в 1900 были вторично открыты основные законы...
-
"Белые пятна" в генетике белой пегости
Перелистайте старые зарубежные "кошачьи" журналы и книги, присмотритесь к фотографиям - нет, не умиляясь простоте тогдашних лучших представителей пород....
-
Ф. Гальтон как основоположник генетики человека - История генетики человека
Френсис Гальтон родился 16 февраля 1822 года, в семье зажиточного английского банкира и активиста секты квакеров Самуэля Гальтона, в его родовом имении...
-
Функциональная единица наследственности, его свойства - Этические принципы научных исследований
Ген - это элементарный материальный наследственный фактор, определяющий строение белковой полипептидной цепи. Это участок ДНК, кодирующий развитие...
-
Геном пластид - Генетика пластид
В 1961 году X. Рис и В. Плаут обнаружили, что участок хлоропласта в одноклеточной водоросли хламидомонады окрашивается положительно по Фельгену. При...
-
Экологические факторы, ограничивающие развитие организма. Законы минимума Ю. Либиха и толерантности В. Шелфорда В середине XIX в. немецкий...
-
Наследственность, как фактор оказывающий влияние на развитие организма Наследственность -- свойство живого организма хранить генетическую информацию и...
-
Основы селекции были известны скотоводческим народам с глубокой древности. В Спарте неполноценных по тем или иным критериям детей, с отклонениями от...
-
Формальная генетика пластид - Генетика пластид
Пластиды - органеллы, локализованные только в клетках высших растений и водорослей. Они ответственны за фотосинтез, хранение разнообразных продуктов...
-
Глобализация - процесс слияния национальных экономик в единую, общемировую систему, основанную на быстром перемещении капитала, новой информационной...
-
Эволюционные факторы: - Наследственность
1. НАСЛЕДСТВЕННОСТЬ, свойство организмов повторять в ряду поколений сходные типы обмена в-в и индивид. развития в целом. Обеспечивается...
-
В настоящее время в области фундаментальной теоретической физики выделяются три уровня строения материи: микромир - мир предельно малых, непосредственно...
-
Введение, История открытия - Витамин Н, биотин
В составе пищи, которую мы едим, содержаться различные вещества, необходимые для нормальной работы всех органов, способствующие укреплению организма,...
-
Евгеника - прошлое и настоящее - История генетики человека
Евгеника - наука об улучшении человеческого рода . Это название происходит от греческих слов: eu -"хороший", genesis - " происхождение". Понятие...
-
Земля - уникальная планета, она находится на единственно возможном расстоянии от Солнца, которое определяет такую температуру поверхности Земли, при...
-
Основные законы эволюции, Основные факторы эволюции - Современная теория эволюции
Многочисленные исследования, проведенные в рамках вышеупомянутых наук, позволили сформулировать следующие основные законы эволюции. 1. Скорость эволюции...
-
Биосфера, являясь глобальной экосистемой (экосферой), как и любая экосистема, состоит из абиотической и биотической части. Абиотическая часть...
-
Понятие биосферы Сегодня во весь рост поднимается перед людьми одна из сложнейших проблем, касающаяся каждого из нас. Это - проблема сохранения жизни на...
-
Заключение - Этические и правовые проблемы генетики. Евгеника
Медицинская генетика во всем мире переживает период ренессанса, что связано, в первую очередь, с успехами молекулярной генетики в исследовании генома...
-
Возможные последствия клонирования человека - Клонирование
Споры по поводу запрещения клонирования чуть было не привели к свертыванию проекта Уилмута, но ученым удалось отстоять результаты своей работы и...
-
Популяционная генетика - Генетические процессы в популяциях
Популяция (позднелат. populatio, от лат. populus -- народ, население) это совокупность особей одного вида, более или менее длительно занимающая...
-
Генетический скрининг взрослых - Геном человека
В настоящее время нет общенациональных программ генетического скрининга взрослого населения, но некоторые достижения заслуживают упоминания. Лучшим...
-
Повторяющаяся ДНК - Геном человека
В любом сложном геноме ДНК можно подразделить на два типа: однокопийную ДНК (т. е. последовательности, представленные в гаплоидном геноме единственными...
-
Алкоголь и закон, Алкоголизм - Алкоголь
С химической точки зрения алкоголь является наиболее опасным наркотиком, известным человеку. Но за столетия опыта общество сумело выработать культурное...
-
Открытие клетки - Цитологические исследования
Изучение мельчайших структур живых организмов стало возможным лишь после изобретения микроскопа, т. е. после 1600. Первое описание и изображения клеток...
-
Классификация мутаций - Мутация
1. По способу возникновения. Различают спонтанные и индуцированные мутации Спонтанные происходят в природе крайне редко с частотой 1-100 на миллион...
-
Митоз - Наследственность и окружающая среда как факторы индивидуального развития организма
Митоз -- это основной тип деления соматических эукариотических клеток. Процесс деления включает в себя несколько последовательных фаз и представляет...
-
Влияние внешней среды происходит через совокупность внутренних условий, относящихся к его индивидуальным особенностям. Из среды ребенок черпает для...
-
Генная терапия - Этические и правовые проблемы генетики. Евгеника
Генетические технологии нацелены, прежде всего, на то, чтобы оказывать терапевтическое воздействие на организм человека при генетических заболеваниях,...
Законы наследственности - Великие открытия в генетике ХХ века