13.2.2. Законы генетики г. Менделя

Г. Мендель, проводя опыты по скрещиванию разновидностей (или линий) гороха, установил в 1850 г. закономерности, кото­рые считаются основными для классической генетики. Для контраста он выбирал разновидности с резко различными при­знаками, а затем их скрещивал. Растения одной линии были вы­сокими, а другой — низкими. Свои результаты он обобщил в ви­де трех законов.

• Первый закон. При скрещивании двух организмов, относя­щихся к разным чистым линиям (или высокие, или низкие), отли­чающимся друг от друга парой возможных признаков, все первое поколение гибридов окажется единообразным и будет нести при­знак одного из родителей. От каждого из родителей потомок по­лучает по одному гену, характеризующему признак. Выбор этого признака определяется тем, какой из генов является более силь­ным (доминирующим), а какой — более слабым (рецессивным — по­давляемым).

Таким образом, образуется несколько аллелей одного гена и тем самым несколько вариантов одного признака. Это относится к гомозиготным организмам, т.е. имеющим однородную наслед­ственную основу от родителей, сходных по какому-то наследст­венному признаку.

• Второй закон. При скрещивании двух гетерозиготных особей как двух потомков первого поколения признаки расщепляются в оп­ределенном соотношении — по фенотипу 3 : 1, по генотипу 1: 2 : 1,

■■ Гетерозиготность — это присущее всякому гибридному орга­низму состояние, при котором его гомологичные (подобные по строению и развитию) хромосомы несут разные формы одного и того же гена.

• Третий закон. При скрещивании двух гомозиготных особей, отличающихся друг от друга по двум и более парам возможных признаков, гены и соответствующие им признаки наследуются не­зависимо друг от друга и комбинируются во всевозможных сочета­ниях.

Последний закон указывает на статистический, вероятност­ный характер наследственности и дает возможность применить физические представления статистической физики.

Теперь становятся хотя бы отчасти понятными для обычных людей шутки генетиков на «их языке»: «Рецессивный аллель влияет на фенотип, только если генотип гомозиготен».

13.2.3. Хромосомная теория наследственности

Американский биолог Т. Морган, иностранный член-коррес- пондент Российской академии наук с 1923 г. и почетный член АН СССР с 1932 г., обосновал в 1910 г. хромосомную теорию наследственности и установил закономерности расположения генов в хромосомах. Исходя из того, что у любого организма признаков много, а число хромосом невелико и, следовательно, в хромосоме много генов, Морган выявил закономерность на­следования признаков, гены которых находятся в одной хромо­соме, — они наследуются совместно. Эта закономерность назы­вается законом Моргана для сцепления генов.

Хромосомы могут перемещаться и при клеточном делении распределяться поровну между дочерними клетками в полном соответствии с выводами Менделя о передаче наследственных факторов. Деление клетки начинается с ядра, содержимое уплот­няется в хромосомы, область, занятая ядром, становится вытяну­той, и половинки каждой хромосомы направляются в разные концы этой области, образуя две одноядерные клетки, каждая из которых содержит по одному полному диплоидному набору хро­мосом. Такой способ клеточного деления называют митозом, он характерен для клеток тела. Таким образом, в митозе хромосомы удваиваются, при этом они расщепляются и равномерно распре­деляются между дочерними клетками.

Все клетки, полученные в результате митоза, генетически идентичны, так как в каждой паре клеток ДНК каждой хромосо­мы является точной копией ДНК соответствующей хромосомы другой клетки. Все потомство одной клетки, размножившееся способом митоза, называют клоном. Все клетки, образовавшиеся этим путем, представляют собой один клон, и поэтому вся со­держащаяся в них генетическая информация одинакова (понят­но теперь, как появилась клонированная овечка Долли).

Другой способ распределения наследственных признаков ре­ализуется в процессе деления половых клеток — гамет (название происходит от греческого слова gamete — жена) — и называется мейозом. Гаметы — репродуктивные клетки животных или расте­ний, обеспечивающие при их слиянии развитие новой особи. При оплодотворении в половом размножении гаметы сливаются и образуют одну клетку — зиготу (от греческого zygotes — соеди­ненный вместе), которая содержит 2п хромосом. При мейозе га­меты (женские — яйцеклетки, мужские — сперматозоиды) обра­зуются из диплоидных клеток. Хромосомы делятся один раз, а сама клетка — дважды, т.е. исходные хромосомы дают 2п ■ 2 = An хромосом, а исходные клетки —1-2-2 = 4 клетки.

Таким образом, мейоз — это способ деления клеточного ядра, в результате которого образуются четыре дочерних ядра, каждое из которых содержит вдвое меньше хромосом, чем исходное ма­теринское ядро. Такой способ, когда происходит уменьшение числа хромосом в два раза и одна диплоидная клетка, содержа­щая два набора хромосом, дает после двух быстро следующих друг за другом делений начало четырем клеткам (содержащих уже по одному набору хромосом), называется редукционным деле­нием. Заметим, что попадание хромосом в гамету носит случай­ный характер.

Биохимическая генетика позволяет объяснить половые раз­личия человека и животных. Из общего числа хромосом чело­века (23 пары) 22 пары одинаковы для женского и мужского организмов, а одна пара нет. У женщин — это две одинаковые так называемые Х-хромосомы, а у мужчин — это Х-хромосома и Y-хромосома в 23-й паре. Было установлено, что половое раз­личие определяется именно Y-хромосомой. Если яйцеклетка оплодотворяется Х-хромосомой мужской пары, то развивается женский организм, если Y-хромосомой, то образуется мужской организм.

Как установлено, X и Y-хромосомы появились более 250 мил­лионов лет назад, вскоре после отделения млекопитающих от рептилий. Формирование и эволюция новых видов прежде всего сказывались на половых хромосомах. Недавно американские биохимики Мэрфи и О. Брайен сравнили половые хромосомы человека, кошки и мыши и с удивлением обнаружили, что люди и кошки имеют тот же самый порядок генов на X и Y-хромосо- мах, в то же время он сильно отличается от мышиного. Ими так­же был обнаружен блок генов, который почти не изменился в процессе эволюции. Предполагается, что эти гены играют ос­новную роль в формировании функций размножения особей мужского рода и людей, и котов. Отсюда был сделан вывод, что Y-хромосома каким-то необычным способом «законсервирова­на» у определенных видов млекопитающих. А семейство кошек может оказаться подходящей моделью для исследования поло­вой функции человека, в частности, мужское сексуальное пове­дение можно рассматривать на примере котов.