Генетика как наука

Что такое наследственность?
Что такое изменчивость?

Велик и многообразен мир живых организмов, населяющих Землю. Разнообразие и одновременно сходство живых существ – фундаментальная особенность жизни. Чем обеспечивается такая особенность?

Многообразие органического мира обусловлено свойствами живой природы – наследственностью и изменчивостью. Эти фундаментальные свойства изучает генетика.
Предмет изучения генетики. Генетика (от греч. genesis – происхождение) – это наука, изучающая закономерности наследственности и изменчивости. Генетические исследования и методы генетики имеют важное значение для развития биологической науки в целом. Именно поэтому XVI Всемирный генетический конгресс в Канаде (1988) проходил под девизом «Генетика и единство биологии».

Наследственность обеспечивает материальную (морфологическую и анатомическую) и функциональную преемственность организмов, обусловливая их сходство. Наследственность реализуется в ходе наследования при размножении организмов, т. е. в процессе передачи информации о признаках и особенностях развития.
Наследственность неразрывно связана с изменчивостью – способностью организмов в ряду поколений приобретать новые признаки и свойства и утрачивать прежние. Изменчивость позволяет организмам быстро и эффективно приспосабливаться к изменяющимся условиям среды.

Свойства наследственности и изменчивости прослеживаются в пределах отдельных организмов и видов. Это, в частности, можно проследить на примере человека. Различия людей очевидны практически по любым признакам. Неодинаковы морфологические признаки (цвет волос, глаз, форма ушной раковины, носа и т. д.) и физиологические (обмен веществ, восприимчивость к болезням и др.). В то же время каждый человек в большей или меньшей степени похож на своих родителей, дедушек, бабушек или других кровных родственников.

Научные достижения генетики способствуют решению многих проблем, касающихся сущности жизни. Генетика занимает центральное место в системе биологических и медицинских наук. Она сыграла ведущую роль в разработке современной теории эволюции, стала основой для возникновения и развития молекулярной биологии.

Велико практическое значение генетики, поскольку она представляет собой теоретическую основу селекции полезных для человека микроорганизмов, сортов культурных растений и пород домашних животных, способствует успехам практической медицины. Помимо этого, генетические знания имеют важное мировоззренческое значение, поскольку позволяют человеку правильно понимать сущность природных процессов и явлений.

Основные этапы развития генетики. До начала ХХ в. попытки ученых объяснить явления, связанные с наследственностью и изменчивостью, имели в основном умозрительный характер. Постепенно было накоплено множество сведений относительно передачи различных признаков от родителей потомкам. Однако четких представлений о закономерностях наследования у биологов того времени не было. Исключением стали работы австрийского естествоиспытателя Г. Менделя.

Г. Мендель в своих опытах с различными сортами гороха установил важнейшие закономерности наследования признаков, которые легли в основу современной генетики. Результаты своих исследований Г. Мендель изложил в статье, опубликованной в 1865 г. в «Трудах Общества естествоиспытателей» в г. Брно. Однако опыты Г. Менделя опережали уровень исследований того времени, поэтому данная статья не привлекла внимания современников и оставалась невостребованной в течение 35 лет, вплоть до 1900 г. В этом году три ботаника – Г. Де Фриз в Голландии, К. Корренс в Германии и Э. Чермак в Австрии, независимо проводившие опыты по гибридизации растений, натолкнулись на забытую статью Г. Менделя и обнаружили сходство результатов своих исследований с результатами, полученными Г. Менделем. 1900 год считается годом рождения генетики.

Первый этап развития генетики (с 1900 примерно до 1912 г.) характеризуется утверждением законов наследственности в гибридологических опытах, проведенных на разных видах растений и животных. В 1906 г. английский ученый В. Ватсон предложил важные генетические термины «ген», «генетика». В 1909 г. датский генетик В. Иоганнсен ввел в науку понятия «генотип», «фенотип».

Второй этап развития генетики (приблизительно с 1912 до 1925 г.) связан с созданием и утверждением хромосомной теории наследственности, в создании которой ведущая роль принадлежит американскому ученому Т. Моргану и его ученикам. (Подробно о хромосомной теории наследственности см. § 42.)

Третий этап развития генетики (1925 – 1940) связан с искусственным получением мутаций – наследуемых изменений генов или хромосом (см. § 46). В 1925 г. русские ученые Г. А. Надсон и Г. С. Филиппов впервые открыли, что проникающее излучение вызывает мутации генов и хромосом. В это же время были заложены генетико-математические методы изучения процессов, происходящих в популяциях. Фундаментальный вклад в генетику популяций внес С. С. Четвериков.

Для современного этапа развития генетики, начавшегося с середины 50-х годов XX в., характерны исследования генетических явлений на молекулярном уровне. Этот этап ознаменован выдающимися открытиями: созданием модели ДНК, определением сущности гена, расшифровкой генетического кода. В 1969 г. химическим путем вне организма был синтезирован первый относительно небольшой и простой ген. Спустя некоторое время ученым удалось осуществить введение в клетку нужного гена и тем самым изменить в желаемую сторону ее наследственность.

Основные задачи современной генетики заключаются в познании новых закономерностей наследственности и изменчивости и в изыскании путей их практического использования.

Методы генетики. Основным методом исследования наследственности и изменчивости организмов является гибридологический анализ. В основу своих исследований этот метод впервые положил Мендель. Суть метода состоит в скрещивании (гибридизации) организмов, отличающихся друг от друга контрастными (альтернативными) признаками, и в детальном анализе данных признаков у полученных потомков гибридов.

Процесс материальной наследственности в поколениях отдельных клеток и организмов изучают на основе цитогенетического метода. Можно сказать, что этот метод служит для исследования количества, формы, размеров хромосом. В целях изучения функционирования хромосом и механизмов их самовоспроизведения при клеточном делении все чаще привлекают биохимические, биофизические и физиологические методы.

Действие гена и его проявление в индивидуальном развитии организма изучают с помощью феногенетического метода. В его основу входят такие приемы, как трансплантация наследственно различных тканей, пересадка ядер из одной клетки в другую, методы культуры тканей с получением клонов из одиночных соматических живых клеток и др.

Методы генетических исследований часто включают элементы математической статистики.

Исследования частоты распространения отдельных генов, генотипов, хромосомных аномалий в относительно обособленных человеческих популяциях осуществляют на основе популяционного метода. Этот метод позволяет предсказать распространение наследственных болезней, определить отрицательные последствия родственных браков, выявить генетическую историю человеческих популяций.

Генетика, как всякая наука, имеет свой предмет и методы исследования, обладает собственным терминологическим аппаратом (совокупностью понятий), теоретической базой: теориями, законами, закономерностями, правилами.

Вопросы и задания

  1. Что является предметом изучения генетики?
  2. Что такое наследственность и изменчивость?
  3. Как взаимосвязаны явления наследственности и изменчивости?
  4. Назовите существенные научные достижения, характерные для отдельных периодов развития генетики.