2. Предмет генетики. Генетика и практика

Выделение и быстрое развитие в XX в. генетики как отрасли биологической науки определяется рядом причин.

Огромной ролью, которую играет генетический материал в существовании живых организмов. Наличие генов, носителей наследственной информации, является, как отмечалось, существенным свойством всего живого.

Изменчивостью генов, их способностью к мутациям, перестройкам, что и явилось решающим фактором эволюции, развития всего живого, его огромного разнообразия.

Открытием в конце XIX в. определенных законов, которым подчиняется механизм наследственности, что сделало возможным целенаправленную селекцию растений и животных.

Итак, генетика - это биологическая наука о наследственности и изменчивости организмов и методах управления ими. Она является научной основой для разработки практических методов селекции, т.е. создания новых пород животных, видов растений, культур микроорганизмов с нужными человеку признаками.

Центральным понятием генетики является «ген». Это элементарная единица наследственности, характеризующаяся рядом признаков. По своему уровню ген - внутриклеточная молекулярная структура. По химическому составу - это нуклеиновые кислоты, в составе которых основную роль играют азот и фосфор. Гены располагаются, как правило, в ядрах клеток. Они имеются в каждой клетке, и поэтому их общее количество в крупных организмах может достигать многих миллиардов. По своему назначению гены - своего рода «мозговой центр» клеток и, следовательно, всего организма.

В основу генетики легли закономерности наследственности, обнаруженные австрийским биологом Г.Менделем при проведенной им серии опытов по скрещиванию различных сортов гороха. Открытия Г.Менделя были по достоинству оценены только после его смерти, а в России - значительно позже, чем в других странах.

Основными направлениями исследований ученых-генетиков в XX в. стали следующие.

Изучение тех предельно мелких материальных структур - молекул нуклеиновых кислот, которые являются хранителями генетической информации каждого вида живого, единицами наследственности.

Исследование механизмов и закономерностей передачи генетической информации от поколения к поколению.

Изучение механизмов реализации генетической информации в конкретные признаки и свойства организма, например, в большую продуктивность животных или урожайность сельскохозяйственных культур.

Выяснение причин и механизмов изменения генетической информации на разных этапах развития организма.

Эти задачи решаются генетикой на различных уровнях организации живой природы: молекулярном, клеточном, организменном, популяционном.

Важнейшими задачами, которые решают сегодня ученые-генетики в тесном контакте с практиками-селекционерами, являются выбор оптимальной системы скрещивания и эффективного метода отбора, управление развитием наследственных признаков. В области медицины генетика способствует, в частности, разработке мероприятий по защите человека от вредного мутагенного воздействия окружающей среды.

Крупнейшее открытие современной генетики связано с установлением способности генов к перестройке, изменению. Эта способность называется мутированием (от лат. mutatio - мутация, изменение). Мутации для организма бывают полезными, вредными или же нейтральными. Одним из результатов мутаций может быть появление организма нового вида - мутанта.

Причины мутаций (изменений генной информации) до конца не выяснены. Однако установлены основные факторы, вызывающие мутации. Это так называемые мутагены, рождающие изменения. Известно, например, что мутации могут вызываться некоторыми общими условиями, в которых находится организм: его питанием, температурным режимом и т.д. Вместе с тем они зависят и от некоторых экстремальных факторов, таких, как действие отравляющих веществ, радиоактивных элементов, в результате которых количество мутаций увеличивается в сотни раз, причем возрастает оно пропорционально дозе воздействия.

Учитывая это, селекционеры часто используют различные химические мутагены для обеспечения направленных полезных мутаций. Однако в последнее время в связи с загрязнением окружающей среды, повышением фона радиации возрастает число стихийных вредных мутаций, в том числе и у человека. Ежегодно в мире рождается около 75 млн. детей. Из них 1,5 млн., т.е. около 2%, - с наследственными болезнями, вызванными мутациями. С наследственностью связана предрасположенность к раку, туберкулезу, полиомиелиту. Известны вызываемые теми же факторами дефекты нервной системы и психики, такие, как слабоумие, эпилепсия, шизофрения и т.п. Всемирной организацией здравоохранения (ВОЗ) зарегистрировано свыше 1000 серьезных аномалий человека в виде различных уродств, нарушений жизненно важных процессов под влиянием мутагенов.

Одним из наиболее опасных видов мутагенов являются вирусы (от лат. virus - яд). Вирусы - мельчайшие из живых существ. Их можно рассмотреть только в электронный микроскоп. Они не имеют клеточного строения, не способны сами синтезировать белок, поэтому получают необходимые для их жизнедеятельности вещества, проникая в живую клетку и используя чужие органические вещества и энергию. У человека вирусы вызывают множество заболеваний, включая грипп и СПИД.

СПИД - синдром приобретенного иммунодефицита - вызывается особым вирусом. Попадая в клетки крови и мозга, он встраивается в генный аппарат и парализует их защитные свойства. Зараженный вирусом СПИДа человек становится беззащитным перед любой инфекцией. До сих пор не разработаны даже теоретические подходы к решению такой задачи, как очистка генетического аппарата клеток человека от чужеродной вирусной информации.

Вирус СПИДа передается половым путем, при инъекции, родовых контактах матери и ребенка, через донорские органы и кровь. Ныне широко осуществляется комплекс мер по профилактике СПИДа, важнейшей из которых является санитарное просвещение.

Опираясь на достижения современной генетики, крупный вклад в развитие селекции, создание новых сортов растений, пород животных, борьбу с их болезнями внесли выдающиеся отечественные биологи Н.И.Вавилов, И.В.Мичурин, Н.П.Дубинин, Н.В.Тимофеев-Ресовский.

Н.И.Вавилов на основе изучения мутаций растений установил законы их наследственности и изменчивости. Он обосновал идею о том, что важнейшим условием успешного создания новых сортов является использование для селекции разнообразного исходного материала. В поисках неизвестных видов растений Вавилов исколесил весь мир, собрал уникальную коллекцию, включающую тысячи образцов семян. Эта коллекция и по сей день служит основой селекционных работ.

Большой вклад в дело гибридизации, скрещивания разных видов растений внес выдающийся селекционер И.В.Мичурин. На основе методов межсортовой и отдаленной, т.е. межвидовой, гибридизации он создал свыше 300 сортов плодовых культур. Благодаря его работам многие южные сорта плодовых культур удалось распространить в среднюю полосу нашей страны. Разработанные им методы успешно используются и в селекции других культур.

Н.В.Тимофеев-Рессовский, долгое время работавший в Германии (1925-1945 гг.), известен как ученый с мировым именем, один из основателей радиационной генетики.

Н.П.Дубинин вошел в историю генетики как первооткрыватель сложного строения генов, их роли в эволюции живых существ, как крупнейший специалист в области радиационной генетики.

Успехи современной генетики, ее глубокое проникновение в тайны механизма наследственности явились еще одним свидетельством универсального единства живой природы. Достижения генетиков открыли дорогу для познания сущности жизни, новых способов изменения ее сложившихся форм.