Роль генетики в биологии

Гене́тика (от греч. γενητως  — происходящий от кого-то) — наука  о закономерностях наследственности и изменчивости. В зависимости  от объекта исследования классифицируют генетику растений, животных, микроорганизмов, человека и другие; в зависимости  от используемых методов других дисциплин — молекулярную генетику, экологическую генетику и другие. Идеи и методы генетики играют важную роль в медицине, сельском хозяйстве, микробиологической промышленности, а также в генетической инженерии. Первоначально генетика изучала общие закономерности наследственности и изменчивости на основании фенотипических данных.

Понимание механизмов наследственности, то есть роли генов как элементарных носителей наследственной информации, хромосомная теория наследственности и т. д. стало возможным с применением к проблеме наследственности методов цитологии, молекулярной биологии и других смежных дисциплин.

Хромосомная теория наследственности, теория, согласно которой хромосомы, заключённые в ядре клетки, являются носителями генов и представляют собой материальную основу наследственности, т.е. преемственность свойств организмов в ряду поколений определяется преемственностью их хромосом. Хромосомная теория наследственности возникла в начале 20 в. на основе клеточной теории и использования для изучения наследственных свойств организмов гибридологического анализа.

В 1902 У. Сеттон в США, обративший внимание на параллелизм в поведении хромосом и менделевских т. н. "наследственных факторов", и Т. Бовери в Германии выдвинули хромосомную гипотезу наследственности, согласно которой менделевские наследственные факторы (название впоследствии генами) локализованы в хромосомах. Первые подтверждения этой гипотезы были получены при изучении генетического механизма определения пола у животных, когда было выяснено, что в основе этого механизма лежит распределение половых хромосом среди потомков. Дальнейшее обоснование хромосомной теории наследственности принадлежит американскому генетику Т. Х. Моргану, который заметил, что передача некоторых генов (например, гена, обусловливающего белоглазие у самок дрозофилы при скрещивании с красноглазыми самцами) связана с передачей половой Х-хромосомы, т. е. что наследуются признаки, сцепленные с полом (у человека известно несколько десятков таких признаков, в том числе некоторые наследственные дефекты — дальтонизм, гемофилия и др.).

Доказательство хромосомной теории наследственности было получено в 1913 американским генетиком К. Бриджесом, открывшим нерасхождение хромосом в процессе мейоза у самок дрозофилы и отметившим, что нарушение в распределении половых хромосом сопровождается изменениями в наследовании признаков, сцепленных с полом.

С развитием хромосомной теории наследственности было установлено, что гены, расположенные в одной хромосоме, составляют одну группу сцепления и должны наследоваться совместно; число групп сцепления равно числу пар хромосом, постоянному для каждого вида организмов; признаки, зависящие от сцепленных генов, также наследуются совместно. Вследствие этого закон независимого комбинирования признаков  должен иметь ограниченное применение; независимо должны наследоваться признаки, гены которых расположены в разных (негомологичных) хромосомах. Явление неполного сцепления генов (когда наряду с родительскими сочетаниями признаков в потомстве от скрещиваний обнаруживаются и новые, рекомбинантные, их сочетания) было подробно исследовано Морганом и его сотрудниками (А. Г. Стёртевантом и др.) и послужило обоснованием линейного расположения генов в хромосомах. Морган предположил, что сцепленные гены гомологичных хромосом, находящиеся у родителей в сочетаниях   и  , в мейозе у гетерозиготной формы могут меняться местами, в результате чего наряду с гаметами АВ и ab образуются гаметы Ab и аВ. Подобные перекомбинации происходят благодаря разрывам гомологичных хромосом на участке между генами   и последующему соединению разорванных концов в новом сочетании: Реальность этого процесса, названного перекрестом хромосом, или кроссинговером, была доказана в 1933 нем, учёным К. Штерномв опытах с дрозофилой и американскими учёными Х. Крейтономи Б. Мак-Клинток — с кукурузой. Чем дальше друг от друга расположены сцепленные гены, тем больше вероятность кроссинговера между ними. Зависимость частоты кроссинговера от расстояний между сцепленными генами была использована для построения генетических карт хромосом. В 30-х гг. 20 в. Ф. Добржанский показал, что порядок размещения генов на генетических и цитологических картах хромосом совпадает.

Согласно представлениям школы Моргана, гены являются дискретными  и далее неделимыми носителями наследственной информации. Однако открытие в 1925 советскими учёными Г. А. Надсоном и Г. С. Филипповым, а в 1927 американским учёным Г. Мёллером влияния рентгеновских лучей на возникновение наследственных изменений (мутаций) у дрозофилы, а также применение рентгеновских лучей для ускорения мутационного процесса у дрозофилы позволили советским учёным А. С. Серебровскому, Н. П. Дубинину и др. сформулировать в 1928—30 представления о делимости гена на более мелкие единицы, расположенные в линейной последовательности и способные к мутационным изменениям. В 1957 эти представления были доказаны работой американского учёного С. Бензера с бактериофагом Т4. Использование рентгеновских лучей для стимулирования хромосомных перестроек позволило Н. П. Дубинину и Б. Н. Сидорову обнаружить в 1934 эффект положения гена (открытый в 1925 Стёртевантом), т. е. зависимость проявления гена от места расположения его на хромосоме. Возникло представление о единстве дискретности и непрерывности в строении хромосомы.

Как бы каждый из биологов ни сужал цели своих исследований, в конечном счете все они изучают  законы эволюции животных, растений и  микроорганизмов. Именно эта задача объединяет биологические дисциплины в единую систему — биологию. В этом аспекте роль генетики особенно велика, поскольку она изучает два основных явления: наследственность и изменчивость. Однако эти два явления, как мы говорили, связаны с размножением. Размножение является следствием обмена веществ, осуществляющегося в процессе роста организма и непрерывного синтеза живого вещества. Очевидно, в основе наследственности и изменчивости должны лежать сложные биохимические и физиологические процессы, без учета которых нельзя понять сущность наследственности и изменчивости.

Место генетики в естествознании определяется и другими ее сторонами. Наследственность, изменчивость и отбор  К. А. Тимирязев назвал основными  факторами эволюции. Огромная заслуга  генетики и заключается именно в том, что она раскрыла основные механизмы взаимосвязи, я бы сказал, физиологию взаимосвязи этих факторов в процессе эволюции. Эти факторы связаны следующим образом. Изменчивость, вызываемая внешней средой, поставляет материал для отбора. В поколениях сохраняются только те изменения, которые происходят в воспроизводящих себя элементах клетки. В этом случае наследственность воспроизводит возникшее изменение. Естественный отбор в пониманий Ч. Дарвина есть процесс переживания наиболее приспособленных и вымирания не приспособленных к жизни организмов. Иначе говоря, в ходе естественного отбора производится как бы оценка пригодности или непригодности возникшего наследственного изменения существования организма, отбор имеет дело с эффектом действий. И через оценку действия гена, проявляющегося в виде признаков и свойств организма, происходит подбор наиболее ценных генов в определенную систему — генотип.

В частности, велика роль развивающейся генетики человека в  решении проблем наследственных болезней. Современные данные свидетельствуют, что человеком наследуются многие болезни, такие, как несвертываемость крови, цветовая слепота, ряд психических заболеваний. Кроме того, генетика человека призвана решать и другие вопросы.

 Значение развития  генетики человека очевидно. Можно с полной уверенностью сказать, что, например, в молекулах ДНК клеток человека запрограммирована генетическая информация, контролирующая каждый миг нашей жизни. Это касается здоровья, нормального развития, продолжительности жизни, наследственных болезней, сердечно-сосудистых заболеваний, злокачественных опухолей, предрасположенности к тем или иным инфе6кционным заболеваниям, старости и даже смерти.

 Если выделить из  ядра одной клетки человека  все генетические молекулы ДНК  и расположить их в линию одна за другой, то общая длина этой линии составит семь с половиной сантиметров. Такова биохимическая рабочая поверхность хромосом. Это сконцентрированное в молекулярной записи наследие веков прошедшей эволюции.

 Правильно и образно  сказал об этом в свое время в романе «Лезвие бритвы» писатель Иван Ефремов: «Наследственная память человеческого организма - результат жизненного опыта неисчислимых поколений, от рыбьих наших предков до человека, от палеозойской эры до наших дней. Эта инстинктивная память клеток и организма в целом есть тот автопилот, который автоматически ведет нас через все проявления жизни, борясь с болезнями, заставляя действовать сложнейшие автоматические системы нервной, химической, электрической и невесть какой еще регулировки. Чем больше мы узнаем биологию человека, тем более сложные системы мы в ней открываем».

Закономерности генетики в большинстве случаев носят  универсальный характер. Они одинаково  важны для растений, для животных. Велико их значение и для человека.

Одной из главных задач биологии является познание истории развития органической природы, т. е. познание жизни.

                                               Литература

1. Гершензон С. М. Основы современной генетики. — Киев: Наук. думка, 1983. — 558 с
2. Гершкович И. Генетика. — М.: Наука, 1968. — 698 с.
3. Пухальский В. А. Введение в генетику. — М.: КолосС, 2007. — 224 с. (Учебники и учеб. пособия для студентов высш. учеб. заведений)
4. Ссылка в интернете: http://lechebnik.info/7-1.htm
5. Ссылка в интернете: http://www.activestudy.info/genetika-v-sisteme-estestvennyx-nauk/