Генетика и эволюционное учение

2

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

институт

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

ПО ДИСЦИПЛИНЕ «КОНЦЕПЦИЯ СОВРЕМЕННОГО ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ»

НА ТЕМУ:

ГЕНЕТИКА И ЭВОЛЮЦИОННОЕ УЧЕНИЕ

Руководитель:

Студент:

ПЕРВОУРАЛЬСК

2010

Содержание

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА I. ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ ГЕНЕТИКИ И ЕЕ МЕТОДЫ

ГЛАВА II. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ЗАДАЧИ ГЕНЕТИКИ

ГЛАВА III. ГЕН КАК ОСНОВНОЙ ОБЪЕКТ НАУКИ

ГЛАВА IV. ГЕНЕТИКА И ЧЕЛОВЕК. ЗНАЧЕНИЕ ГЕНЕТИКИ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ

Если век XIX по праву вошел в историю мировой цивилизации как век физики, то стремительно завершающемуся веку ХХ, 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 естествознания, которая имеет огромнейший потенциал и очень весомую значимость для общества. Отрадно, что развитие ее идет поступательно и не малыми темпами.

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 год), он же определил новую науку как физиология изменчивости и наследственности.

Целью данной работы является – анализ развития генетики.

Задачи контрольной работы:

-         выделить основные этапы развития генетики;

-         рассмотреть основные понятия и задачи генетики;

-         раскрыть характеристики гена как основного объекта науки;

-         проследить связь между генетикой и человеком, а также значение генетики.

ГЛАВА I. ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ ГЕНЕТИКИ И ЕЕ МЕТОДЫ

Судя по разнообразным археологическим данным, уже 6000 лет назад люди понимали, что некоторые физические признаки могут передаваться от одного поколения другому. В 1909 году датский ботаник Иогансен назвал эти единицы гедам, а в 1912 году 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 веку 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 веке 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 серьезной вариацией на эту тему можно считать теорию пангенезиса Ч.Дарвина 1868 году.

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:

1.      Эпоха Классической генетики (1900-1930гг.);

2.      Эпоха неоклассицизма (1930-1953гг.)

3.      Эпоха синтетической генетики (1953 год).

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 году 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.

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.

ГЛАВА II. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ЗАДАЧИ ГЕНЕТИКИ

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:

1.      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.

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

3.      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.

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

5.      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.

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

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. Локус – место локализации гена в хромосоме. Альтернативный признак и соответствующий ему ген, проявляющийся у гибридов первого поколения, называется доминантным, а не проявляющийся – рецессивным, т.е. доминантность – это способность подавлять одним аллелем действие другого в гетерозиготном состоянии. Аллель – форма существования (проявления) гена.

Если в обеих гомологичных хромосомах находятся одинаковые аллельные гены, такой организм называется гомозиготным, так как он образует один тип гамет и не дает расщепление при скрещивании себе подобным.

Если в гомологичных хромосомах локализованы разные гены одной аллельной пары, то такой организм называется гетерозиготным по данному признаку.

Генотип – совокупность всех генов организма. Генотип представляет собой взаимодействующие друг с другом и влияющие друг на друга совокупности генов. Каждый ген испытывает на себе воздействие других генов генотипа и сам оказывает на них влияние, поэтому один и тот же ген в разных генотипах может проявляться по-разному.

Несмотря на то, что уже многое известно о хромосомах и  структуре ДНК, дать определение гена очень трудно, пока удалось сформулировать только три возможных определения гена:

1.      Ген как единица рекомбинации. На основании своих работ по построению хромосомных карт дрозофилы Морган постулировал, что ген – это наименьший участок хромосомы, который может быть отделен от примыкающих к нему участков в результате кроссинговера. Согласно этому определению, ген представляет собой крупную единицу, специфическую область хромосомы, определяющую тот или иной признак организма.

2.      Ген как единица мутирования. В результате изучения природы мутаций было установлено, что изменения признаков возникают вследствие случайных спонтанных изменений в структуре хромосомы, в последовательности оснований или даже в одном основании. В этом смысле можно было сказать, что ген - это одна пара комплиментарных оснований в нуклеотидной последовательности ДНК, т.е. наименьший участок хромосомы, способный претерпеть мутацию.

3.      Ген как единица функции. Поскольку было известно, что от генов зависят структурные, физиологические и биохимические признаки организмов, было предложено определять ген как наименьший участок хромосомы, обусловливающий синтез определенного продукта.