Генетика – от истории до внедрения последних достижений

Добрый день, любители природы. Наука генетика существует давно и развивается очень быстро, особенно в последние десятилетия. Что изучает генетика?

Объекты исследований генетики

Основной целью генетики является изучение двух взаимосвязанных свойств организмов:

• наследственности;
• изменчивости.

Эти свойства едины на всех уровнях организации живых систем.

Изменчивость – это разнообразие. На его указывают данные систематики: количество видов цветковых растений – 286000; грибов – 100000, насекомых – не менее 1000000 и так далее. В основе изменчивости лежит изменение генов, их комбинирование, изменения их проявления.

Под наследственностью понимают преемственность между поколениями. В тоже время наследственность нельзя считать простым проявлением родительских задатков.

Наследственность и изменчивость прослеживаются и в рамках отдельного вида.

Ярким примером этому служит человек. Люди отличаются практически по всем признакам, например, по цвету глаз, волос, форме ушей, конечностей, темпераменту, обмену веществ, восприимчивости к различным болезням. Таковых различий множество.

В то же время, все мы знаем свои черты, которые характерны нашим предкам, родителям, братьям и сестрам.

В чем причина разнообразия людей? Почему люди как представители одного вида или как родственники схожи между собой? Ответы на эти вопросы и дает нам генетика. Все дело в наследственных задатках – генах, которые родители передают своим детям. Под геном следует понимать элементарную единицу наследственной информации. Все гены организма составляют его генотип.

Механизм наследования каждого индивидуума делает в определенной степени похожими на предков. Каждый новорожденный ребенок имеет свой вариант комбинации генов, унаследованных от родителей.

Поэтому нельзя встретить ребенка, который на все 100% схож с родителями. О схожести можно говорить в случае однояйцевых близнецов. Однако для этого они должны постоянно жить в идентичных условиях, так как на формирование признаков организма влияют как наследственные задатки, так и окружающая среда.

В свое время (1865 г.) механизм наследственной передачи признаков изучил чешский ученый Г. Мендель, автор законов наследования дискретных факторов (генов).

Генетика и этапы развития

Первые умозаключения относительно природы наследственности были сделаны в античную эпоху – к концу IV века до н. э. В то время в научном мире сосуществовало несколько теорий:

• прямое наследование;
• непрямое наследование.

Гиппократ придерживался первой теории. Он был уверен в том, что признаки потомков обуславливаются репродуктивным материалом всех частей тела, в том числе органов.

С Гиппократом не соглашался Аристотель. Он придерживался второй теории непрямого наследования, согласно которой, в качестве «строительных кирпичиков» для репродуктивного материала выступают питательные вещества, из которых формируются части тела. Теория прямого наследования была актуальна 23 века.

Официальная дата рождения генетики – 1900 г. В этом году Г. Де Фризом, К. Корренсом и Э. Чермаком были опубликованы результаты работ Г. Менделя, установившим актуальные до сих пор законы наследственности.

Термин «генетика» впервые предложил в 1906 г. У. Бэтсон.

В развитии и становлении генетики выделяют четыре периода:

1. Домеделевский период (до 1865 г.). Это эпоха дарвинизма. Ч. Дарвин первым связал наследственность, изменчивость и отбор с эволюцией видов, указал на возможность их использования в селекционной работе. Правда, дискретная природа наследственности была впервые продемонстрирована Г. Менделем.
2. Период до переоткрытия законов Г. Менделя (1865-1900). Этот период ознаменовался бурным развитием техники, науки, что положительно повлияло на процесс развития и становления генетики.
3. Период классической генетики (1900-1953). Важная веха на этом этапе развития генетики принадлежит работам Т. Моргана, который со своими учениками предложили хромосомную теорию наследственности. Особого внимания заслуживают работы и открытия С. С. Четверикова – признан основателем популяционной генетики. Нельзя не отметить Н. К. Кольцова – развивал концепцию о химической природе гена. Выдвинутые в этот период гипотезы, сформулированные законы актуальны до сих пор.
4. Эпоха современной генетики (1953 г по сей день). Начало периода приурочено к дате открытия трехмерной модели ДНК, за которую мы должны благодарить Д. Уотсона и Ф. Крика. В этот период заложено начало молекулярной генетики, позволившей сделать множество открытий во вторую половину прошлого столетия. Ежегодно актуальность инструментов молекулярной генетики (например, генотипирование животных по локусам генов-маркеров) только растет.

Молекулярная генетика в свою очередь стала фундаментом для принципиально нового направления – генетической инженерии, достижения которой внедрены в практику многих отраслей: сельского хозяйства; медицины; фармацевтической промышленности; промышленной микробиологии; пищевой промышленности…

Особого внимания заслуживает программа «Геном человека», которая завершилась в 2003 г.

Разделы генетики

Генетика современности удивляет своим стремительным развитием, быстрым прогрессом знаний. В этой науке за рекордно короткое время выделились новые разделы, которые стали самостоятельными науками. Речь идет о генетике человека, генетике животных, генетике растений, медицинской генетике, космической генетике, популяционной генетике, генетике поведения, генетике микроорганизмов, генетике вирусов, молекулярной генетике, генетической инженерии и прочих современных науках.

Генетика в системе других наук

• Достижения генетики, внедренные в практику человеческой деятельности.
• Методы, принципы, инструменты генетики используются практически во всех биологических науках.
• Теоретические аспекты генетики животных, растений, микроорганизмов интегрированы в зоологию, ботанику, микробиологию.
• Генетика поведения животных представляет интерес для физиологии животных, физиологии высшей нервной деятельности.
• Знания, достижения генетики востребованы во многих сферах человеческой деятельности. Рассмотрим лишь некоторые из них.
• Селекция растений, животных, птицы, рыбы и микроорганизмов.

Классическая селекция основана на различных системах скрещиваний, гибридологическом анализе и прочих традиционных принципах.

Доказана эффективность дополнения традиционной селекции последними достижениями молекулярной генетики, например, ДНК-анализом по генам-маркерам продуктивности и предрасположенности к заболеваниям.

Яркие примеры достижений селекции

1. Карликовые мутанты распространенных злаков: пшеницы; риса; ячменя и так далее. Эти растения превосходят своих обычных аналогов по устойчивости к полеганию, пригодности к машинной уборке. Растения-карлики также характеризуются незначительными потерями урожая.

2. Полиплоидные растения. Своих диплоидных сородичей они превосходят по размеру, урожайности. Полиплоидные растения: пшеница; рожь; сахарная свекла; земляника; арбуз… Пшеница в этом списке является единственным естественным полиплоидным растением.

3. Большое разнообразие окрасов и оттенков меха пушных зверей (норок, кроликов…). Надо отметить, что селекционеры не перестают вести поиск сочетаний аллелей новых вариантов цветов и оттенков пушных зверей.

4. Высокопродуктивные специализированные породы животных, птицы рыбы, высокоурожайные, засухоустойчивые сорта. В процессе их создания использованы принципы и методы селекции по количественным признакам.

5. Штаммы, продуцирующие белковые, витаминные концентры, антибиотики, витамины, аминокислоты и другие БАВ. Такие продуценты стали доступными благодаря мутационной селекции.

6. Микроорганизмы, продуцирующие человеческие гормоны, антиген вируса, вызывающего гепатит.

7. Растения, в геном которых внесены гены нескрещивающихся с ними в естественных условиях видов. К таковым относятся соматические гибриды картофеля и томата, различные декоративные растения…

Генетика в медицине

Генетика человека позволила установить факт наличия наследственных патологий. Таковых насчитывается около 2,5 тыс. Генные мутации и хромосомные аберрации служат причинами недугов, затрагивающих обмен веществ, конституцию, психику.

Современные подходы к борьбе с наследственными болезнями:

1. Генодиагностика – включает методы, позволяющие выявлять изменения в структуре генома. Для ДНК-диагностики характерны: высокая специфичность и чувствительность; достоверность и простата. Способы ДНК-диагностики: определение специфических нуклеотидных последовательностей посредством гибридизации нуклеиновых кислот; определение специфических нуклеотидных последовательностей при помощи ПЦР. И в том, и в другом случае используются зонды, позволяющие выявлять комплементарные последовательности (искомого участка ДНК). В наши дни известно как минимум о 100 ДНК-зондах.

2. Генетическая терапия – это единственный способ излечения наследственных и других заболеваний. Все остальные только смягчают или временно устраняют симптомы. Разновидности генотерапии: заместительная; корректирующая. В первом случае в клетку вводится неповрежденный ген с последующим созданием условий для его экспрессии. К заместительной генотерапии прибегают, когда болезнь является следствием отсутствия или малого количества белкового продукта. Вносимая копия принимает на себя функции сохранившегося в геноме дефективного гена. Корректирующая генотерапия предполагает замену проблемного гена нормальным. Эта стратегия борьбы с заболеваниями пока не нашла практического применения. Принципы лечения: генетическая терапия ex vivo; генетическая терапия in vivo.

Генетика и экология

Человек – это главный фактор, негативно сказывающийся на экологии. Пэ его причине непрерывно уменьшается площадь лесных массивов, в худшую сторону изменяется водный баланс. О состоянии естественных водоемов говорить страшно. Все чащи встречаются мутантные формы рыб и других обитателей рек, озер. Оставляет желать лучшего и состояние почвы, воздуха.

Для прогнозирования и предотвращения нежелательных последствий вмешательства в природу человека знания не только экологии, но популяционной генетики, так как она имеет дело с большими численностями организмов, располагает способами определения оптимального соотношения различных видов. Одна из приоритетных целей генетики популяций – сохранение генофонда имеющихся видов.

Генетики-экологи большое значение придают изучению мутагенной активности физических и химических агентов, которые использует человек. Ежегодно различным отраслям предлагаются новые вещества. Все они испытываются на генетическую активность. В этом деле помогают специальные тест-системы, созданные на основе штаммов микроорганизмов, культур дрозофилы, линий мышей, культур клеток животных, человека.

Генетика видео

Генетика 9 класс школы и генетика 10 класс школы – объясняют основные положения науки, ученики пишут реферат и какие генетика задачи ставит.

Удачи всем!