Основные понятия и значение генетики

 

 

 

 

КУРСОВАЯ

РАБОТА

 

по дисциплине:

 

«Концепции современного

естествознания»

 

На тему:

«Основные понятия и  значение генетики»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

   

 

 

Оглавление:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

        1. Введение

 

                

Если век 19-й по праву  вошел в историю мировой цивилизации  как Век Физики, то стремительно завершающемуся веку 20-му, в котором  нам  счастливилось жить,  по всей вероятности, уготовано место Века Биологии, а может быть, и Века Генетики.

Действительно, за  неполных 100 лет после вторичного открытия  законов Г.  Менделя генетика прошла триумфальный путь от натурфилософского  понимания законов наследственности и изменчивости через экспериментальное накопление  фактов  формальной генетики к молекулярно-биологическому пониманию сущности гена, его структуры и функции.   На данный момент генетика является едва ли не основной наукой, среди принадлежащих к ряду естественного знания, которая имеет огромнейший  потенциал и очень весомую значимость для общества. Отрадно,  что развитие ее идет поступательно и не малыми темпами. Именно поэтому я счел нужным уделить именно этой науке. 

 

                    Предмет изучения  в естествознании – различные формы движения материи в природе: их материальные носители  (субстрат), образующие лестницу последовательных уровней структуры организационной материи, их взаимосвязи; внутренняя структура и генезис; основные формы всякого бытия – пространство и время; закономерная связь природы как общего характера; охватывающая ряд форм движения; так специфического характера, касающаяся лишь отдельных сторон тех или иных форм движения, их субстрата и структуры. Естествознание представляет собой целый комплекс основных, смежных  и прикладных наук.

Основные: Механика, физика, химия, биология.

Смежные: физикохимия, биохимия, биофизика.

Прикладные: Геохимия, география, палеонтология.

• Естественные науки направлены на познание природы.
• Технические науки направлены на преобразование природы.
• Математические науки – исследование знаковых систем (модели).
• Фундаментальные науки направлены на изучение базисных структур мира: физика, химия, астрономия, биология…
• Прикладные науки направлены на решение практических задач по результатам фундаментальных исследований.
• Теоретические прикладные направлены на изучение научно-теоретических вопросов (Физика металлов, физика полупроводников).
• Практические прикладные направлены на решение прикладных задач (Металловедение, полупроводниковая технология).

 

Концепции – это система взглядов на одну и ту же проблему с разных сторон. Современные концепции –  это освещение наиболее перспективных  направлений в естествознании.

Естественные науки – базисный фундамент экономики.

 

     Природа, которая  служит предметом естествознания, рассматривается неабстрактно, вне  деятельности человека, а конкретно,  как находящаяся под воздействием  человека. Познание достигается  не только теоретически, но и   методом экспериментов в практической и производственной деятельности людей. Естествознание как отражение природы в сознании человека совершенствуется в процессе ее активного преобразования в интересах общества. Цели естествознания двояки:

1) определение сущности явлений  природы, их законы и на этой основе предвидимые или созданный проявившиеся новые явления; и

2) раскрывается возможность   использования на практике познанных  законов, сил и веществ природы.  Цели естествознания, таким образом,  совпадают с целями самой человеческой  деятельности.

 

      Генетика  – основа современной биологии. Этот факт становится очевидным  по мере дифференциации и специализации  различных биологических наук. Универсальные  законы наследственности и изменчивости  справедливы для всех организмов. Методы генетики приложимы к любым биологическим исследованиям. По своей сути – генетическая наука пограничная. Классический генетический анализ основан на применении сугубо биологических методов: скрещивания, изучения потомства гибридов,  а также изменчивости организмов.

Генетика по праву может считаться  одной из самых важных областей биологии. На протяжении тысячелетий человек  пользовался генетическими методами для улучшения домашних животных и возделываемых растений, не имея представления о механизмах, лежащих  в основе этих методов.

      За последнее  время генетика обогатилась методами  физики и химии. На ее базе  возникла молекулярная биология. Биохимия и молекулярная генетика  внесли огромный вклад в теорию  гена.

Генетика изучает два  неразрывных свойства живых организмов: наследственность и изменчивость. Термин «генетика» придумал У. Бэтсон (1906), он же определил новую науку как физиология изменчивости и наследственности.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Основные этапы развития генетики. История

 

Судя по разнообразным археологическим данным, уже 6000 лет назад люди понимали, что некоторые физические признаки могут передаваться от одного поколения другому. В 1909 г. датский ботаник Иогансен назвал эти единицы гедам, а в 1912 г. американский генетик Морган показал, что они находятся в хромосомах. С тех пор генетика достигла больших успехов в объяснении природы наследственности и на уровне организма, и на уровне гена.

     

Первое представление  о наследственности содержится в  трудах ученых античной эпохи. Уже к V в. до н.э. сформировались две основные чисто умозрительные теории: прямая и непрямая наследственность признаков. Сторонником прямого наследования был Гиппократ. Который считал, что репродуктивный материал собирается из всех частей тела и таким образом все органы тела непосредственно влияют на признаки потомства. Точку зрения Гиппократа оспаривал Аристотель (IV в. до н.э.). Он был сторонником теории непрямого наследования признаков и считал, что репродуктивный материал вовсе не поступает из всех частей тела, а производится из питательных веществ, по своей природе предназначенных для построения разных частей тела. Теория прямого наследования просуществовала 23 века. Последней серьёзной вариацией на эту тему можно считать теорию пангенезиса Ч. Дарвина 1868 г., развитую в книге « Изменение животных и  растений в домашнем состоянии». 

На  фоне  видовой  и  другой  специфики  в  явлениях  наследственности  для  всех  живых  существ  обнаруживаются  общие  законы.  Их  существование  показывает  единство  органического  мира.  История   генетики как таковой начинается  с   1900 года,  когда независимо  друг  от  друга Корренс,  Герман  и де  Фриз  открыли и сформулировали  законы  наследования  признаков,  когда была  переиздана работа  Г. Менделя   "Опыты   над   растительными   гибридами".  С того  времени генетика  в своем развитии  прошла три хорошо  очерченных  этапа - эпоха Классической  генетики  (1900-1930),  эпоха неоклассицизма (1930-1953)  и эпоха синтетической генетики, которая началась  в 1953  году.  На первом   этапе складывался язык  генетики,  разрабатывались   методики  исследования,  были  обоснованы  фундаментальные   положения,  открыты основные  законы.  В эпоху неоклассицизма   стало   возможным вмешательство в механизм   изменчивости, дальнейшее  развитие  получило   изучение  гена  и  хромосом,  разрабатывается  теория искусственного  метагенеза, что  позволило  генетике  из  теоретической   дисциплины перейти  к  прикладной. Новый  этап  в  развитии  генетики  стал   возможным   благодаря расшифровке  структуры "золотой"  молекулы    ДНК в    1953  г.  Дж. Уотсоном   и   Ф. Криком.  Генетика   переходит   на  молекулярный  уровень  исследований.   Стало   возможным   расшифровать  структуру  гена,  определить  материальные  основы  и механизмы   наследственности  и изменчивости.  Генетика  научилась влиять  на  эти процессы,     направлять  их  в нужное  русло.   Появились   широкие   возможности   соединения теории  и практики.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Основные методы генетики

 

Основным  методом  генетики  на   протяжении  многих  лет  является   гибридологический  метод.  Гибридизацией   называется  процесс скрещивания   с   целью получения   гибридов.  Гибрид   это   организм,   полученный  в результате  скрещивания   разнородных  в  генетическом   отношении  родительских  форм.  Гибридизация    может   быть  внутривидовой,  когда  скрещиваются  особи  одного  вида   и  отдаленной,  если   скрещиваются   особи  из  различных    видов  или   родов.  При  исследовании  наследования  признаков  используются  методы  моногибридного,  дигибридного,  полигибридного   скрещивания,  которые   были  разработаны  еще  Г. Менделем в  его  опытах   с  сортами  гороха.  При  моногибридном  скрещивании   наследование проводится  по  одной  паре  альтернативных  признаков,   при  дигибридном  скрещивании -  по  двум  парам   альтернативных   признаков,  при   полигибридном  скрещивании-  по  3,4   и  более   парам  альтернативных  признаков.  При  изучении  закономерностей  наследования  признаков   и   закономерностей  изменчивости  широко  используется  метод   искусственного  мутагенеза,  когда  с  помощью  мутагенов  вызывают  изменение  в  генотипе  и   изучают   результаты  этого  процесса.  Широкое  распространение  в  генетике  нашел  метод  искусственного  получения  полипоидов    , что  имеет  не  только  теоретическое,  но  и  практическое  значение.  Полипоиды  обладают  большой   урожайностью  и  меньше  поражаются  вредителями и  болезнями.  Широко  используется  в  генетике  биометрические  методы.  Ведь  наследуются   и  изменяются  не   только  качественные,  но   и  количественные.  Биометрические  методы позволили  обосновать  положение  фенотипа  и  нормы  реакции.   С  1953  года  особое  значение  для  генетики  приобрели  биохимические  методы  исследования.   Генетика  вплотную  занялась  изучением  материальных  основ  наследственности  и   изменчивости -  генов.  Объектом  исследования  генетики  стали  нуклеиновые  кислоты ,  особенно  ДНК.  Изучение  химической  структуры  гена  позволило  ответить  на  главные  вопросы,  которые  ставила  перед  собой  генетика. Как  происходит  наследование  признаков? В результате  чего  возникают  изменения  признаков? Доминантные  и  рецессивные  признаки,  гомозигота  и  гетерозигота,  фенотип  и  генотип,  аллельные  признаки.  Чешскому  ботанику – любителю  Иоганну   Грегору  Менделю  принадлежит  открытие  количественных  закономерностей, сопровождающих    формирование  гибридов.

Работы   Г. Менделя  не  получили  в  свое  время  никого  признания  и  оставались  неизвестными  вплоть  до  вторичного переоткрытия  законов  наследственности  К. Корренсом, К.Гермаком  и  Г.  Де Фризом  в  1900  году.  В  том  же  году  Корренсом  были  сформулированы  три  закона  наследования признаков,  которые позднее были  названы законами  Менделя в честь выдающегося ученого,  заложившего основы  генетики.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Основные понятия и задачи  генетики

4.1. Задачи

 

Генетика, как наука  решает следующие основные задачи:

1. изучает способы хранения генетической информации у разных организмов и ее материальные носители;

2. анализирует способы  передачи наследственной информации  от одного поколения к другому;

3. выявляет механизмы  и закономерности реализации  генной информации в процессе индивидуального развития и влияние на них условий внешней среды обитания;

4. изучает закономерности  и механизмы изменчивости, и ее  роль в приспособительных реакциях  и в эволюционном процессе;

5. изыскивает способы  исправления поврежденной генетической информации.

 

Для решения этих задач  используются разные методы исследования:

Метод гибридологического анализа был разработан Г. Менделем. Этот метод позволяет выявлять закономерности наследования отдельных признаков  при половом размножении организмов. Сущность его заключается в следующем: анализ наследования проводится по отдельным альтернативным признакам; прослеживается передача этих признаков в ряду поколений; проводится точный количественный учет наследования каждого альтернативного признака и характер потомства каждого гибрида в отдельности.

Цитогенетический метод  позволяет изучать кариотип клеток организма и выявлять геномные и  хромосомные мутации.

Генеалогический метод  предполагает изучение родословных  животных и человека и позволяет  устанавливать тип наследования того или иного признака, зиготность организмов и вероятность проявления признака в будущих поколениях. Этот метод широко используется в селекции и работе медико-генетических консультаций.

Близнецовый метод основан  на изучении проявления у однояйцовых и двуяйцовых близнецов. Он позволяет выявить роль наследственности и внешней среды в формировании конкретных признаков.

Биохимические методы основаны на изучении активности ферментов и  химического состава клеток, который  определяется наследственностью. С помощью этих методов можно выявить генные мутации и гетерозиготных носителей рецессивных генов.

Популяционно-статистический метод позволяет рассчитывать частоту  встречаемости генов и генотипов  в популяциях. 

 

4.2. Основные  понятия генетики

 

При изучении закономерностей наследования обычно скрещивают особи, отличающиеся друг от друга альтернативными признаками, например желтый и зеленый цвет, гладкая и морщинистая поверхность у горошин.

Аллельные гены – гены, определяющие развитие альтернативных признаков. Они располагаются в одинаковых локусах гомологичных хромосом.