Глава 4

Основы учения о наследственности и изменчивости

Изучив главу, вы сумеете:

• объяснить основные понятия генетики;

• описать механизм определения пола и типы наследования признаков;

• охарактеризовать роль наследственности и изменчивости организмов в живой природе.

§ 17 Из истории развития генетики

Генетика (греч. genesis — «происхождение») — так называется наука, изу­чающая наследственность и изменчивость организмов, а также механизмы управления этими процессами. Она имеет давнюю историю.

Еще в древние времена люди понимали, что растения, животные да и чело­век наследуют какие-то признаки от родителей, поскольку нельзя было не ви­деть сходства потомства и родителей. Причем определенные «родовые» при­знаки передавались неизменными из поколения в поколение. Опираясь на эту способность растений и животных к наследованию определенных качеств, стали отбирать для посева семена растений от наиболее урожайных особей, ста­рались сохранять молодняк животных, обладающих нужными человеку свой­ствами — дающих больше молока или шерсти, лучше выполняющих тягловые работы и т. п.

Старинные китайские рукописи свидетельствуют, например, что 6000 лет назад со­здавались различные сорта риса путем скрещивания и отбора. Археологические на­ходки подтверждают, что египтяне культивировали урожайные сорта пшеницы. Среди вавилонских памятников письменности в Двуречье найдена каменная табличка, отно­сящаяся к VI тысячелетию до н. э., на которой записаны данные о наследовании фор­мы головы и гривы в пяти поколениях лошадей (рис. 25).

Однако только в XIX и начале XX в., когда были накоплены знания о жиз­ни клетки, ученые приступили к исследованию феномена наследственности. Первый научный труд по изучению наследственности был выполнен чешским ученым и монахом Г. Менделем. В 1865 г. в статье «Опыты над растительными гибридами» он сформулировал закономерности наследования признаков, за­ложившие основание науки генетики. Мендель показал, что наследственные черты (задатки) не являются «слитными», как это считалось ранее, а переда­ются от родителей потомкам в виде дискретных (обособленных, отдельных) единиц, которые он назвал факторами. Эти единицы, представленные у особей парами, не сливаются вместе, а остаются дискретными и передаются потом­кам в мужских и женских половых клетках по одной единице из каждой пары.

В 1909 г. наследственные единицы были названы датским ученым В. Иогансеном генами (греч. genos— «род»). В начале XX в. американский эмбриолог и генетик Т. Морган установил экспериментально, что гены находятся в хро­мосомах и располагаются там линейно. С тех пор концепция гена является цен­тральной в генетике.

Видную роль в развитии генетики в первой половине XX в. сыграли наши отечествен­ные ученые. А.С. Серебровский, исследуя генетику животных, показал сложную струк­туру гена, ввел в науку термин «генофонд». Учение о наследственности и изменчи­вости обогатили труды Н.И. Вавилова, сформулировавшего в 1920 г. закон гомоло­гических рядов наследственности и изменчивости, что обеспечивало тесную связь генетики с эволюционным учением. Ю.А. Филипченко провел многочисленные экспе­рименты по генетическому анализу растений, разработал методы исследования изменчивости и наследственности. Значительный вклад в развитие генетики внесли также Г.Д. Карпеченко, Н.К. Кольцов, С.С. Четвериков и другие исследователи.

В 40-х гг. были заложены биохимические основы генетики. Учеными бы­ла доказана роль молекул нуклеиновых кислот в передаче наследственной ин­формации, что обусловило рождение молекулярной генетики. Расшифровка структуры молекулы ДНК, опубликованная в 1953 г., показала тесную связь это­го химического соединения с наследственной информацией в генах.

Достижения в области молекулярной генетики привели к созданию новой отрасли би­ологической науки — генной инженерии, которая позволяет, манипулируя индивиду­альными генами, получать в пробирке новые сочетания генов в хромосоме, которых ранее не было. Генная инженерия широко вошла в практику сельского хозяйства и био­технологию.

Развитие генетики с опорой на молекулярные основы в рассмотрении наследственных качеств стало возможным благодаря созданию высоких тех­нологий в области научных исследований, которые появились только в сере­дине XX в.

Генетика представляет собой теоретическую основу селекции (лат. selectio — «выбор», «отбор») растений, животных и микроорганизмов, т. е. созда­ния организмов с нужными человеку свойствами. Основываясь на генетиче­ских закономерностях, селекционеры создают улучшенные сорта растений и породы домашних животных. Методами генной инженерии выводят новые штаммы (чистые культуры) микроорганизмов (бактерий, грибов), синтезиру­ющих вещества для лечения болезней.

Исследования ученых-генетиков привели к пониманию того факта, что на­ряду с инфекционными болезнями существует много различных наследствен­ных заболеваний. Ранняя диагностика этих заболеваний позволяет вовремя вмешаться в течение болезни и предотвратить или замедлить ее развитие.

Ухудшение экологии и негативные изменения окружающей среды вызва­ли много нарушений в генетической сфере живых организмов, увеличив веро­ятность наследственных заболеваний у человека.

Для решения многих проблем, связанных с этой тревожной тенденцией, и обеспечения генетической безопасности человека потребовались целена­правленные исследования и объединение усилий ученых — экологов и генети­ков. Так возникло новое важное направление в науке — экологическая генети­ка, обеспечившая развитие службы генетической безопасности. Последняя изучает генетическую активность химических и физических факторов среды, воздействующих на человека и природу в целом. Экологи доказали, что для ус­тойчивого развития жизни на Земле необходимо сохранение биологического разнообразия видов и природных экосистем. Эта жизненно важная для челове­чества задача обусловила активное развитие такого направления в биологиче­ской науке, как популяционная генетика.

Знания генетики востребованы в ботанике, зоологии, микробиологии, экологии, учении об эволюции, антропологии, физиологии, этологии и других областях биологии. Данные генетических исследований используют в биохи­мии, медицине, биотехнологии, охране природы, сельском хозяйстве. Можно сказать, что открытия и методы генетики находят применение во всех облас­тях человеческой деятельности, связанной с живыми организмами. Законы ге­нетики имеют большое значение для объяснения всех процессов жизни на Земле.

Научная и практическая роль генетики определяется значимостью пред­мета ее исследования — наследственности и изменчивости, т. е. свойств, присущих всем живым существам.

1. Что изучает наука генетика, когда и почему она стала так называться?

2. Почему Г. Мендель считается «отцом генетики»?

3. Замените выделенные слова термином.

• Данные науки, исследующей наследственность и изменчивость организ­мов, в настоящее время нашли широкое применение во всех областях биологии.

• Единицы, которые обеспечивают передачу наследственных свойств, имеются у всех без исключения организмов.

4*. Охарактеризуйте роль знаний о нуклеиновых кислотах для разви­тия генетики.