Генетика и эволюция

Оглавление 

стр. 

1. Введение…………………………………………………………………………3                                                                                                           

2.  Генетика………………………………………………………………………….4

2. 2.  История развития генетики……………………………………………….….4

3. Ген……………………………………………………………….….………….…5

3.1.  Аллели.................................................................................................................5

3.2. Рецессивные  и доминантные гены………………………………………..…..6

3.3.  Гомозиготы  и гетерозиготы………………………………………….……….6

3.4.  Хромосомы…………………………………………………………………….7

3.5. Геном………………………………………………………………………..…..8

3.6. Генотип и  фенотип……………………………………………………….….…8

3.7. Генетический  материал…………………………………………………..……9

3.8.  Изменчивость  и ее виды……………………………………………….….…..9

3.9. Свойства  мутаций……………………………………………………………..10

4.  Эволюция………………………………………………………………………..10

4.1. Эволюционные  воззрения Ламарка………………………………….……….11

4.2. Теория эволюции  Дарвина……………………………………………..….11-13

5. Заключение………………………………………………………………………14

6. Список используемой литературы…………………………………………..…15 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Введение

 

     Эволюция и генетика – это краеугольные камни понимания человечеством своего происхождения и путей развития жизни на Земле. Генетика является одной из самых прогрессивных наук естествознания. Ее достижения изменили естественнонаучное и во многом философское понимание явлений жизни. Роль генетики для практики селекции и медицины очень велика. Благодаря генетике, ее знаниям, разрабатываются методы лечения ряда наследственных заболеваний, таких как, фенилкетонурия¹, сахарный диабет и другие. Внедряются в практику приемы медико-генетического консультирования и прентальной диагностики². Значение генетики для медицины будет возрастать с каждым годом, так как генетика касается самых сокровенных сторон биологии и физиологии человека. Также следует сказать, что генетика и эволюция – науки взаимосвязанные. Принципы генетики укрепили и дали прочную научную основу для развития эволюционных учений. Этот процесс начался с открытия законов Менделя и применения их к теории эволюции Дарвина. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2. Генетика

 

     Генетика-наука   о  наследственности (всеобщее свойство живых организмов передавать свои свойства и признаки  из поколения в поколения)  и   изменчивости (свойство живого организма приобретать в процессе индивидуального развития новые по сравнению с другими особями того же вида признаки) организмов.  Генетика- дисциплина, изучающая механизмы и закономерности  наследственности  и изменчивости   организмов,  методы  управления  этими процессами.  Она призвана раскрыть  законы   воспроизведения живого по  поколениям,  появление у  организмов  новых  свойств,  законы  индивидуального  развития  особи  и   материальной  основы  исторических  преобразований  организмов  в процессе  эволюции.

    Объектами генетики  являются  вирусы,  бактерии,  грибы, растения,  животные  и человек.   

2.2. История развития генетики 

     История   генетики  начинается  с   1900   года,  когда  независимо  друг  от  друга Карл Корренс,  Эрих Чермак  и Гуго де  Фриз открыли  и  сформулировали  законы  наследования  признаков,  когда  была  переиздана   работа  Г.  Менделя   «Опыты   над   растительными   гибридами». Результаты работ этих исследователей доказали правильность закономерностей, установленных в свое время  Г. Менделем.  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  мутагенеза (процесс возникновения наследственных изменений — мутаций), 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.   
 
 
 

3. Ген 

    Ген — структурная и функциональная единица наследственности, контролирующая развитие определенного признака или свойства. Совокупность генов родители передают потомкам во время размножения.

     В настоящее время, в молекулярной биологии установлено, что гены —      это участки ДНК, несущие какую-либо целостную информацию — о строении одной молекулы белка или одной молекулы РНК. Эти и другие функциональные молекулы определяют развитие, рост и функционирование организма.

     Гены могут подвергаться мутациям — случайным или целенаправленным изменениям последовательности нуклеотидов в цепи ДНК. Мутации могут приводить к изменению последовательности, а следовательно изменению биологических характеристик белка или РНК, которые, в свою очередь, могут иметь результатом общее или локальное изменённое или анормальное функционирование организма.

     Гены обладают такими свойствами как: дискретность — несмешиваемость генов; стабильность — способность сохранять структуру; лабильность — способность многократно мутировать; множественный аллелизм — многие гены существуют в популяции во множестве молекулярных форм; специфичность — каждый ген кодирует свой признак; экспрессивность — степень выраженности гена в признаке; пенетрантность — частота проявления гена в фенотипе; амплификация — увеличение количества копий гена.

 

1. . Аллели

 

     Аллели (аллеломорфы) - различные формы одного и того же гена, расположенные в одинаковых участках (локусах) гомологичных хромосом и определяющие альтернативные варианты развития одного и того же признака.

Нормальные диплоидные соматические клетки содержат два аллеля одного гена (по числу гомологичных хромосом), а гаплоидные гаметы — лишь по одному аллелю каждого гена. Для признаков, подчиняющихся законам Менделя, можно рассматривать доминантные и рецессивные аллели. Если генотип особи содержит два разных аллеля (особь — гетерозигота), проявление признака зависит только от одного из них — доминантного. Рецессивный же аллель влияет на фенотип, только если находится в обеих хромосомах (особь — гомозигота).

     Следует  различать четыре типа аллельных  взаимодействий: полное доминирование — взаимодействие двух аллелей одного гена, когда доминантный аллель полностью исключает проявление действия второго аллеля. В фенотипе присутствует только признак, задаваемый доминантной аллелью. Неполное доминирование — доминантный аллель в гетерозиготном состоянии не полностью подавляет действие рецессивного аллеля. Гетерозиготы имеют промежуточный характер признака. Сверхдоминирование — более сильное проявление признака у гетерозиготной особи, чем у любой гомозиготной.  Кодоминирование — проявление у гибридов нового признака, обусловленного взаимодействием двух разных аллелей одного гена. Фенотип гетерозигот не является чем-то промежуточным между фенотипами разных гомозигот. 

3.2. Рецессивные и доминантные гены 

     Г.  Мендель начал свои исследования  со скрещивания растений гороха, исходно отличающихся только цветом горошин (желтым или зеленым). В первом поколении семена у всех растений оказались исключительно желтыми. Когда Г. Мендель повторил свои опыты по моногибридному скрещиванию, он использовал в них растения, отличающиеся друг от друга по другому признаку, по форме семян (гладкие или морщинистые), то все гибридные растения первого поколения имели гладкие семена.  Проявляющиеся у гибридов признаки ( желтизну или гладкость семян) Мендель назвал доминантным, а подавляемые признаки ( зеленый цвет или морщинистую форму семян)-рецессивными. Доминантный признак принято обозначать прописными латинскими буквами (А, В, С), а рецессивные- строчными (a, b,c). 

3.3.  Гомозиготы и гетерозиготы 

    Гомозигота - клетка (особь), имеющая в гомологичных хромосомах одинаковые аллели данного гена (АА или аа).

     Гетерозигота - клетка (особь), имеющая в гомологичных  хромосомах разные аллели данного  гена (Аа).

     Если пользоваться современной терминологией, то можно сказать, что клетки растений гороха одного сорта содержат по два гена, кодирующих только желтую окраску, а другого сорта- по два гена, кодирующих только зеленую окраску семян. Гены, ответственные за проявление одного признака                    (например, формы или цвета семян), получили названия аллельных генов. Если организм содержит два одинаковых аллельных гена (например, оба       гена зеленого цвета семян или, наоборот, оба гена желтого цвета), то такие организмы называют гомозиготными. Если же аллельные гены различны (например, если один из них определяет желтую окраску семян, а другой – зеленую), то такие организмы называют гетерозиготными.  Чистые линии образованы только гомозиготными растениями, поэтому при самоопылении они всегда воспроизводят один вариант проявления признака. В опытах Менделя, например, это был один из двух возможных цветов семян гороха – или всегда желтый, или всегда зеленый. 
 
 

3.4. Хромосомы 

     Хромосо́мы - нуклеопротеидные структуры в ядре эукариотической клетки (клетки, содержащей ядро), которые становятся легко заметными в определённых фазах клеточного цикла (во время митоза или мейоза). Хромосомы представляют собой высокую степень конденсации хроматина, постоянно присутствующего в клеточном ядре. В хромосомах сосредоточена большая часть наследственной информации.

     Различают четыре типа строения хромосом: телоцентрические (палочковидные хромосомы с центромерой, расположенной на проксимальном конце); акроцентрические (палочковидные хромосомы с очень коротким, почти незаметным вторым плечом); субметацентрические (с плечами неравной длины, напоминающие по форме букву L); метацентрические (V-образные хромосомы, обладающие плечами равной длины). Тип хромосом является постоянным для каждой гомологичной хромосомы и может быть постоянным у всех представителей одного вида или рода.

     Хромосома  состоит из: зон ядрышка (организаторы ядрышка) — специальные участки, с которыми связано появление некоторых вторичных перетяжек и хромонемы — это спиральная структура, которую удаётся увидеть через электронный микроскоп. Впервые наблюдалась Баранецким в 1880 году в хромосомах клеток пыльников традесканции, термин ввёл Вейдовский. Хромонема может состоять из двух, четырёх и более нитей, в зависимости от исследуемого объекта. Эти нити образуют спирали двух типов: паранемическую (элементы спирали легко разъединить); плектонемическую (нити плотно переплетаются).

     Хромосомы  подвержены генным и мутационным  изменчивостям. Нарушение структуры хромосом происходит в результате спонтанных или спровоцированных изменений (например, после облучения). Выделяют следующие типы микроскопические изменения хромосом: делеции — хромосомные перестройки, при которых происходит потеря участка хромосомы. Делеция может быть следствием разрыва хромосомы или результатом неравного кроссинговера (обмен участками гомологичных хромосом во время конъюгации при мейозе). По положению утерянного участка хромосомы делеции классифицируют на внутренние (интерстициальные) и концевые (терминальные). Дупликация — мутация, нарушающая структуру хромосом, представляет собой удвоение участка хромосомы, содержащего гены. Может произойти в результате ошибки при гомологичной рекомбинации. Транслока́ция — тип хромосомных мутаций. В ходе транслокации происходит обмен участками негомологичных хромосом, но общее число генов не изменяется. Различные транслокации приводят к развитию лимфом, сарком, заболеванию лейкемией, шизофренией; инверсии — хромосомные перестройки, связанные с поворотом отдельных участков хромосомы на 180°. Происходят в результате двух разрывов в одной хромосоме. Приводят к тому, что участок занимает инвертированное положение.

3.5. Геном 

     Гено́м — совокупность всех генов организма; его полный хромосомный набор. Термин «геном» был предложен Гансом Винклером в 1920 г. для описания совокупности генов, заключённых в гаплоидном наборе хромосом организмов одного биологического вида. Первоначальный смысл этого термина указывал на то, что понятие генома в отличие от генотипа является генетической характеристикой вида в целом, а не отдельной особи. С развитием молекулярной генетики значение данного термина изменилось. Известно, что ДНК, которая является носителем генетической информации у большинства организмов и, следовательно, составляет основу генома, включает в себя не только гены в современном смысле этого слова. Большая часть ДНК эукариотических клеток представлена некодирующими («избыточными») последовательностями нуклеотидов, которые не заключают в себе информации о белках и РНК. Следовательно, под геномом организма понимают суммарную ДНК гаплоидного набора хромосом и каждого из внехромосомных генетических элементов, содержащуюся в отдельной клетке зародышевой линии многоклеточного организма.