История генетики

Первые представления о передаче наследственных свойств

Процесс оплодотворения и продукты половых органов живых организмов с древнейших времен были объектом пристального внимания человека, нередко обожествлялись им и воспринимались как главные факторы передачи наследственных свойств потомству. Предполагали, например, что пол потомков определяется количеством вводимого женской особи репродуктивного материала. С особым вниманием люди относились и к внешним условиям среды – направлению ветра в момент спаривания животных, температуре воздуха. Поэтому для увеличения поголовья овец пастухи проводили их спаривание при южном теплом ветре, так как считали, что холодный северный ветер способствует появлению самцов, а южный – самок.

Подобных наивных представлений о прямом влиянии внешней среды на передачу наследственных признаков придерживались и некоторые античные ученые. Например, древнегреческий врач Гиппократ (V в. до н. э.) полагал, что признаки, приобретенные родителями в течение жизни, должны наследоваться. По его мнению, в образовании половых продуктов непосредственно принимают участие все части тела организма, из которых собирается продукт для оплодотворения, при этом здоровые части тела поставляют здоровый репродуктивный материал, а нездоровые – нездоровый. Точку зрения Гиппократа о прямом наследовании свойств организма оспаривал Аристотель (IV в. до н. э.), который считал, что репродуктивный материал поступает не из всех частей тела, а производится в организме из особых питательных веществ, по своей природе предназначенных для построения разных частей тела.

Таким образом, уже в IV веке до н. э. в воззрениях античных ученых сформировались две теории: прямого и непрямого наследования признаков, хотя та и другая характеризовались как чисто умозрительные. Теория прямого наследования признаков просуществовала до 70-х годов XIX века, а некоторые вопросы сохранили свою актуальность вплоть до середины XX века. Идею, очень сходную с высказанной Гиппократом, предложил даже Ч. Дарвин. В 1868 году в книге «Изменение животных и растений в домашнем состоянии» он сформулировал теорию пангенезиса (от греч. pan – все и genesis – происхождение) о механизме воспроизведения в потомстве признаков предыдущих поколений. Согласно этой теории, все клетки животных и растений отделяют от себя крошечные геммулы, которые скапливаются в половых органах и образуют половые клетки. Таким путем признаки передаются потомкам. Дарвин понимал умозрительность своей теории и сам отмечал ее сходство со взглядами Гиппократа, потому называл свою идею «временной гипотезой». Вскоре эту гипотезу подвергли экспериментальной проверке, и она была отвергнута. Но при ее обсуждении был выдвинут ряд новых идей, в частности о том, что в ядре клетки содержатся некие пангены, которые и определяют все признаки целого организма. Было также высказано предположение о существовании некой особой наследственной субстанции в виде зародышевой плазмы содержащейся в половых клетках.

Удивительно, что эти идеи появились после того, как в 1865 году в «Записках Общества естествоиспытателей», вышедших в Брно, была опубликована работа Г. Менделя «Опыты над растительными гибридами», в которой он сформулировал законы непрямого наследования признаков. Но Ч. Дарвин пе знал об опытах Менделя, а другие естествоиспытатели, увлеченные своими исследованиями, не обратили внимания на эту работу. Лишь в начале ХХ века ученые стали осознанно подходить к изучению закономерностей наследования. Многочисленные дискуссии вокруг идей о наследовании признаков и свойств организмов подготовили биологов к необходимости коренного пересмотра взглядов на наследственность. При этом наследственность стали рассматривать как некую субстанцию живых организмов, содержащую в себе специфическую информацию, на основе которой происходит развитие признаков организма. Это направление исследований английский ученый Уильям Бэтсон (1861–1926) в 1906 году назвал генетикой. Официальной датой рождения генетики часто считают 1900 год, когда трое ученых независимо друг от друга в трех разных странах и на разных объектах пришли к открытию важнейших закономерностей наследования признаков в потомстве гибридов. Тем не менее именно австрийский исследователь Г. Мендель первым сформулировал закономерности наследования признаков, которые признает и современная наука.

Предмет исследования генетики

Генетика изучает два неразрывных свойства живых организмов – наследственность и изменчивость.

Наследственность – свойство организмов передавать свои признаки потомкам, обеспечивая преемственность между поколениями. Этим обусловлен тот факт, что среди особей каждого вида (у растений, грибов, бактерий, животных, человека) можно наблюдать черты сходства не только с родительскими организмами, но и с более отдаленными предками. Такое сходство обусловлено механизмом наследования признаков и свойств, то есть передачей наследственных задатков – генов – от родителей к потомкам. Благодаря наследственности организмы, принадлежащие к разным видам, остаются относительно неизменными в течение многих лет, воспроизводя за это время большое количество поколений потомков. Именно благодаря наследственности каждый индивидуум имеет черты сходства с предками.

Однако полного сходства, даже между родителями и детьми, братьями и сестрами, практически не наблюдается. У организмов, в том числе и у близкородственных, всегда обнаруживается различие, свидетельствующее о биологическом разнообразии, обусловленном изменчивостью.

Изменчивость – это способность новых поколений приобретать признаки, отсутствующие у родительских форм. Если наследственность обеспечивает некоторую стабильность свойств организмов популяции и вида, то изменчивость свидетельствует о нестабильности наследственных свойств, о возможности изменения генов и изменения их проявления в процессе индивидуального развития организма.

Наследственность и изменчивость – важнейшие свойства, присущие только живому.

Первые представления о наследственности

Люди давно догадывались, что передача наследственных задатков от родителей к потомкам происходит при размножении через «продукты» половых органов, которые часто называли семенем. Издавна на Руси говорили: «От дурного семени не жди доброго племени». Еще в древние времена люди понимали, что живые организмы наследуют какие-то родительские признаки, так как всегда наблюдали сходство между родителями и их потомством, а также отмечали определенное «родовое» сходство, передававшееся из поколения в поколение. Учитывал эту способность животных и растений к наследованию определенных качеств, люди стали сохранять молодняк животных, обладающих нужными им свойствами, для разведения пород, стали отбирать для посева семена растений от наиболее урожайных особей, выбраковывая менее урожайные.

В истории земледелия поражает то, что почти все современные культурные растения были одомашнены еще за несколько тысяч лет до нашей эры (то же произошло и с одомашниванием животных). Многие из них так давно введены в культуру, что наука точно не знает начала их происхождения (например, кокосовая и финиковая пальмы, банан, кунжут, тыква, кукуруза). Обращает на себя внимание и тот факт, что в пределах некоторых родов, представляющих совокупность множества видов, был одомашнен и приобрел значение для введения в культуру только какой-то один вид, редко – два. Например, род лен (Linum), охватывающий 200 видов, дал только один культурный вид – лен волокнистый и масличный; из рода гелиантус (Helianthus), включающего более 70 видов, вошли в культуру только два вида – подсолнечник масличный и топинамбур. Все это свидетельствует о том, что люди в древности имели определенные представления о наследовании признаков и отбирали из дикой природы нужные для них виды растений и животных.

Широко распространенные культурные растения
Широко распространенные культурные растения: 1 — лен; 2 — топинамбур; 3 — подсолнечник

Дошедшие до нас памятники культуры подтверждают, что в Древнем Египте на больших территориях уже выращивалась твердая пшеница. Старинные китайские рукописи свидетельствуют, например, о том, что 6000 лет назад люди создавали различные сорта риса путем скрещивания и последующего отбора. Жители Шумера уже 9000 лет назад, разводя финиковые сады, проводили искусственное опыление финиковой пальмы, для чего посыпали пыльцой метелки с женскими цветками или подвешивали крупные многоцветковые метелки с мужских деревьев в кроне листьев женских растений над метелками с пестичными цветками. Эти примеры еще раз свидетельствуют о том, что уже в древности людям было известно оплодотворение и половое размножение у растений, хотя научное описание этого явления Камерариусом появилось лишь в 1694 году. Среди памятников вавилонской клинописи в Двуречье была найдена каменная табличка, относящаяся к 6-му тысячелетию до н. э., на которой записаны наблюдения о наследовании формы головы и гривы в пяти поколениях лошадей. Надписи на этих табличках говорят о том, что уже в те давние времена люди, занимаясь разведением скота, имели определенное представление и о наследовании свойств выращиваемых животных, и о подборе форм нужных им пород.

Искусственное опыление финиковой пальмы, изображенное на вышитой кайме царского платья
Искусственное опыление финиковой пальмы, изображенное на вышитой кайме царского платья (Древняя Ассирия)
Родословная пяти поколений лошадей, записанная на каменной пластине 6000 лет назад. Показаны три типа гривы (торчит кверху, свисает вниз, отсутствует) и три типа профиля головы лошади (прямой, выпуклый и вогнутый)

Характер наследования признаков и их изменчивость, наблюдаемая у потомства, и в настоящее время постоянно учитываются в практике растениеводства и животноводства.