Генетика. Понятие наследственности и изменчивости. История исследования в области генетики
Генетика – наука, изучающая закономерности наследственности и изменчивости. Благодаря наследственности сохраняется однородность, единство вида. Изменчивость делает вид разнообразным, создает предпосылки для дальнейшего видообразования.
Наследственность – это способность организмов передавать особенности строения и функционирования свои потомкам.
Изменчивость – это способность организмов изменять свои признаки и свойства, что проявляется в разнообразии особей внутри вида. Изменчивость бывает ненаследственной (модификационная) и наследственная (генотипическая). Наследственная связана с изменением генотипа, ненаследственная – с изменением фенотипа под влиянием условий окружающей среды.
В 1865 чешский монах Грегор Мендель выступил с докладом о результатах своих опытов по гибридизации растений. Он предположил, что признаки передаются с помощью отдельных неделимых единиц – «элементов». Это и положило начало новой науке, которая позже была названа генетикой.
Понятие генетика было предложено в 1906 английским зоологом Уильямом Бетсоном.
В 1909 датский ботаник Вильгельм Йогансен назвал менделевские «элементы» наследственности «генами». А в 1912 Томас Морган определил, что гены лежат в хромосомах на определенном месте и в строгой последовательности (проводил опыты на плодовой мушке дрозофиле).
В 1935 русский генетик Николай Тимофеев-Ресовский предположил атомную природу строения гена. Это предположение легло в основу лекций физика Эрвина Шредингера об основах жизни и дало начало новой науке – молекулярной биологии. Молекулярная биология определила, что ген является участком молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК).
Окончательно разобраться в строении ДНК удалось в 1953 американскому биохимику Джеймсу Уотсону и английскому физику Френсису Крику. Их модель представляет собой винтовую лестницу, закрученную вправо. Ступеньками лестницы являются пары нуклеотидов А-Т и Г-Ц.
Биохимическая теория
Первую научную теорию относительно происхождения живых организмов на Земле создал советский биохимик А.И. Опарин (1894–1980). В 1924 г. он опубликовал работы, в которых изложил представления о том, как могла возникнуть жизнь на Земле. Согласно этой теории, жизнь возникла в специфических условиях древней Земли и рассматривается Опариным как закономерный результат химической эволюции соединений углерода во Вселенной
По Опарину, процесс, приведший к возникновению жизни на Земле, может быть разделен на три этапа:
возникновение органических веществ;
образование из более простых органических веществ биополимеров (белков, нуклеиновых кислот, полисахаридов, липидов и др.);
возникновение примитивных самовоспроизводящихся организмов.
Суть теории сводится к следующему:
1. Первобытная Земля имела разреженную (то есть лишенную кислорода) атмосферу.
2. Когда на эту атмосферу стали воздействовать различные естественные источники энергии - например, грозы и извержения вулканов - то при этом начали самопроизвольно формироваться основные химические соединения, необходимые для органической жизни.
3. С течением времени молекулы органических веществ накапливались в океанах, пока не достигли консистенции горячего разбавленного бульона. Однако в некоторых районах концентрация молекул, необходимых для зарождения жизни, была особо высокой, и там образовались нуклеиновые кислоты и протеины.
4. Некоторые из этих молекул оказались способны к самовоспроизводству.
5. Взаимодействие между возникшими нуклеиновыми кислотами и протеинами в конце концов привело к возникновению генетического кода.
6. В дальнейшем эти молекулы объединились, и появилась первая живая клетка.
7. Первые клетки были гетеротрофами, они не могли воспроизводить свои компоненты самостоятельно и получали их из бульона. Но со временем многие соединения стали исчезать из бульона, и клетки были вынуждены воспроизводить их самостоятельно. Так клетки развивали собственный обмен веществ для самостоятельного воспроизводства.
8. Благодаря процессу естественного отбора из этих первых клеток появились все живые организмы, существующие на Земле. Наибольшим успехом теории Опарина-Хэлдейна стал широко известный эксперимент, проведенный в 1953 году американским аспирантом Стэнли Миллером.