22.Генетика
Понятие гена и генома. Аллельные гены. Гомо- и гетерозиготность.
Ген – это группа определенных кодонов, т.е. участок ДНК, ответственный за определенный наследственный признак (нуклеотид триплет (кодон) ген).
Геном - это совокупность всех генов организма; его полный хромосомный набор. В отличие от генотипа, геном представляет собой характеристику вида, а не отдельной особи. Например, у человека геном – 46 хромосом.
Аллельные гены – пара генов, которая ответственна за тот или иной наследственный признак (один ген от материнского организма, один – от отцовского).
Гомозиготный организм – организм с идентичными аллелями.
Гетерозиготный организм – организм с разными аллелями.
1-й , 2-й, 3-й законы Менделя (доминантные и рецессивные признаки гибридов, их расщепление по генотипу и фенотипу).
Впервые законы генетики были открыты Грегором Менделем (60-е гг. XIX в.), который занимался экспериментами с растениями (горох), исследовал передачу наследственности. Но открытия Менделя не были замечены современниками, и в начале XX в. законы наследственности были открыты заново (Карл Корренс, Буго де Фриз и др.) С начала XX в. начинается бурное развитие генетики как науки.
I закон Менделя (закон доминирования): первое поколение гибридов единообразно, т.к. проявляет только доминантные признаки.
Н
апример,
кареглазость – доминантный признак,
голубоглазость – рецессивный признак;
если один из родителей кареглазый, а
другой голубоглазый, то ребенок будет
кареглазым.
желтый горох АА аа зеленый горох
доминантный признак рецессивный признак
гаметы А А а а
первое поколение Аа Аа Аа Аа
желт. желт. желт. желт.
II закон Менделя (правило расщепления гибридов второго поколения): при скрещивании особей первого поколения между собой во втором поколении родительские признаки расщепляются:
- по генотипу по формуле 1:2:1;
-
по
фенотипу
(внешние признаки организма) по формуле
3:1.
гибриды 1-го поколения Аа Аа
гаметы А а А а
второе поколение АА Аа Аа аа расщепление по генотипу 1:2:1
желт. желт. желт. зелен. расщепление по фенотипу 3:1
III закон Менделя (правило независимого комбинирования признаков): при скрещивании особей, родители которых были гомозиготными и отличались по нескольким признаков, наследование происходит независимо друг от друга и подчиняется закону расщепления 3:1
желт. гладк. горох ♀ AABB aabb ♂ зелен. морщинист. горох
гаметы AB ab
первое поколение единообразно
AaBb желт. гладк. горох
гаметы AB Ab aB ab
Решетка Пеннета
гаметы →
♂ ♀ |
AB |
Ab |
aB |
ab |
AB |
AABB |
AABb |
AaBB |
AaBb |
Ab |
AABb |
AAbb |
AaBb |
Aabb |
aB |
AaBB |
AaBb |
aaBB |
aaBb |
ab |
AaBb |
Aabb |
aaBb |
aabb |
9 : 3 : 3 : 1
желт. гладк. желт.морщ. зел.гладк. зел. морщ.
Расщепление отдельно в каждой паре признаков (желтые – зеленые и гладкие – морщинистые) равно 12:4, т.е. 3:1. Следовательно, каждая пара альтернативных признаков наследуется независимо.
Мутации и их виды, явление кроссинговера.
В 20-х гг. XX в. было открыто, что различные виды излучения (рентгеновского, гамма-излучения и др.) вызывают мутации. Дарвин, прямо не употребляя этот термин, называл мутациями неопределенную изменчивость. Сильным мутагенным действием обладают некоторые химические реагенты.
В природе мутации обусловлены неточным воспроизведением генетического кода (процесс репликации и транскрипции не является вполне точным).
Основные виды мутаций:
1) генные – изменение структуры самого гена (когда одни кодоны замещаются другими кодонами);
2) хромосомная – изменение порядка расположения генов в хромосоме (ведет к наследственным изменениям);
3) геномная - изменение числа самих хромосом (например, синдром Дауна: вместо 46 хромосом – 47).
Кроссинговер — взаимный обмен участками парных хромосом, происходящий в результате разрыва и соединения в новом порядке их нитей; приводит к перераспределению сцепленных генов; это механизм, обеспечивающий комбинаторную изменчивость, а следовательно, — один из главных факторов эволюции.
Хромосомная теория наследственности Моргана.
Основные положения хромосомной теории наследственности:
• гены располагаются в хромосомах; различные хромосомы содержат неодинаковое число генов;
• каждый ген имеет в хромосоме определенный локус (место);
• гены в хромосоме расположены в определенной линейной последовательности;
• гены одной хромосомы сцеплены, поэтому наследуются преимущественно вместе;
• частота кроссинговера между генами равна расстоянию между ними;
• набор хромосом в клетках данного типа (кариотип) является характерной особенностью вида.
Хромосомы - это самостоятельные ядерные структуры, состоящие из двух продольных нитевидных половинок - сестринских хроматид (по внешнему виду их разделяют на равноплечие, неравноплечие и палочковидные), содержащие ДНК и белки, в которых заключена генетическая (наследственная) информация.
Синтетическая теория эволюции (СТЭ).
СТЭ объединила в себе достижения генетики, классического дарвинизма, систематики и палеонтологии (изучает ископаемые останки флоры и фауны); создавалась многими учеными (20-40-е гг. XX в. – Сергей Четвериков, Николай Вавилов, Иван Шмольгаузэн, Эрих Майер, Хаксли, Симпсон).
Основные положения СТЭ:
1) элементарной эволюционной единицей является популяция (сообщество организмов, которое относится к одному виду и проживают совместно), изменение популяции приводит к появлению новых видов;
2) элементарным эволюционным материалом являются мутации (мелкие спонтанные изменения наследственных признаков; это непрерывный процесс);
3) элементарными эволюционными факторами, вызывающими наследственные изменения популяции, являются:
-мутационный процесс;
-популяционные волны – колебания численности популяций, которые вызываются внешними факторами (например, засуха, дожди);
-изоляция популяции от других популяций и ее деление на новые, что вызывается географическими факторами (например, флора и фауна Мадагаскара стала заметно отличаться вследствие изоляции, как и в Австралии, где сохранились сумчатые, а в других частях света исчезли из-за хищников);
-естественный отбор: особи с негативными мутациями исчезают, а с положительными – остаются и передают по наследству соответствующие признаки.
СТЭ объяснила процесс образования новых видов (микроэволюцию – как исходные виды расщепляются на новые), но не смогла объяснить процесс образования более высоких таксонов, чем вид (макроэволюцию), это задача биологии XXI в.