20.2 Воспроизводство и наследование признаков

Воспроизводство себе подобных и наследование признаков осуществляется с помощью наследственной информации, материальным носителем которой являются молекулы ДНК. Основой воспроизводства является синтез белков, который происходит в клетках организма по программе, заложенной в ДНК и реализуемой через РНК. Необходимость такого синтеза обусловлена тем, что большинство компонентов живого находится в динамическом состоянии и постоянно обновляется. Белки все время распадаются, и их необходимо замещать вновь синтезируемыми молекулами, а для этого нужна генетическая информация о том, как это надо делать.

Поэтому такая система воспроизведения должна содержать в закодированном виде полную информацию, необходимую для того, чтобы построить из запасенного клеткой органического материала белок, нужный в данный момент, а также сведения о механизме извлечения и передаче этой программной информации. Механизм передачи наследственных признаков рассматривается в классическом варианте генетики и более углубленно, с позиций молекулярной биологии.

В основу генетики были положены закономерности дискретной наследственности, открытые учеными-генетиками разных стран — Г. Менделем, А. Вейсманом, В. Иогансеном, Т. Морганом, Н.И. Вавиловым, Н.К. Кольцовым, С.С. Четвериковым и др. Работы этих и других ученых-генетиков развили на новом уровне описательные представления Ч. Дарвина о наследственности, изменчивости и естественном отборе. Термин «генетика» был введен в 1905 г. английским биологом У. Бэтсоном и означает науку о законах наследственности и изменчивости организмов и методах управления ими.

Идея Г. Менделя как раз и состояла в предположении, что наследственные признаки передаются дискретными единицами — наследственными факторами или генами. Каждый ген отвечает за синтез конкретного белка. Контролируя их образование, гены управляют всеми химическими реакциями организма и определяют тем самым его признаки. Уникальными свойствами гена являются его высокая устойчивость (неизменяемость в ряду поколений — в этом суть самой наследственности!) и способность к наследуемости изменений в результате мутаций. Совокупность всех генов одного организма называется генотипом, а совокупность всех признаков организма — фенотипом.

Согласно определению, фенотип, таким образом, представляет результат взаимодействия генотипа и окружающей среды. Можно считать, что, оставляя те или иные живые организмы с их генотипом, естественный отбор сохраняет способы интеграции внешней информации в виде конкретных фенотипов.

Это означает, что генотип проявляется в фенотипе и поэтому фенотип всегда шире и разнообразней генотипа. Естественный отбор действует на фенотип, а не непосредственно на генотип, который лишь определяет реакции развивающегося организма на внешнюю среду. Генетическая информация становится биологически осмысленной только в том случае, когда она «расшифровывается» в результате контакта с окружающей средой. В известном смысле фенотип включает в себя биологические задатки, природную и социальную среду, деятельность индивидуума, его сознание и все возможные когерентные взаимодействия между этими признаками.

Отдельные гены определяют возможность развития одного элементарного признака или одной белковой молекулы, а распределение их в хромосомах и последующее распределение хромосом по дочерним клеткам при клеточном делении обеспечивают передачу совокупности наследственных свойств всего организма от поколения к поколению. Хромосомы как структурные образования клеточного ядра имеют специфичную форму и размер около 1 мкм. Их число для каждого вида остается постоянным, но для разных видов оно неодинаково. Так, у человека их 46 (у обезьян, согласно последним исследованиям, их может быть 48), у плодовой мушки дрозофилы (любимого объекта исследований генетиков) — 8, у некоторых видов растений — до 100. Во всех клетках хромосомы парные, и такой набор хромосом называется диплоидным, т.е. двойным. Его кодовый номер 2п, где n — число пар, или гаплоидное число (от греческого слова «гаплос» — половина). Для диплоидных организмов, к которым принадлежит и человек, каждому признаку соответствуют два гена. Они могут быть представлены на двух парных хромосомах разными вариантами, их называют аллелями. Таким образом, аллели — это формы одного и того же гена, расположенные в одинаковых участках парных хромосом, которые определяют варианты развития одного и того же признака. Понятия «генотип», «фенотип» и «аллель» также были введены В. Иогансеном. В генетике существуют определения генома и генофонда.

Геном — это совокупность генов, содержащихся в одинарном наборе хромосом определенной животной или растительной клетки.

Генофонд определяет качественный состав и относительную численность разных аллелей различных генов в популяциях того или иного организма. Это видовой, а не индивидуальный признак.