Становление и развитие генетики

Становление и развитие генетики.

Статьи по теме
Искать по теме

За относительно короткий срок (20–30 лет) в учении о наследственности был накоплен колоссальный эмпирический и теоретический материал:

1. открыт дискретный характер наследственности;

2. обосновано представление о гене и хромосомах как носителях генов;

3. получено представление о линейном расположении генов;

4. доказано существование мутаций и возможность вызывать их искусственно;

5. установлен принцип чистоты гамет, законов доминирования, расщепления и сцепления признаков;

6. разработаны методы гибридологического анализа, чистых линий (генотипически однородного потомства) и инцухта, крос-синговера (нарушение сцепления генов в результате обмена участками между хромосомами);

7. получен вывод о том, что исходный материал для селекции должен быть генетически гетерогенным.

Понятия гена, генотипа, фенотипа были введены в биологию датским ученым В.Л. Иогансеном.

Все эти и другие открытия были экспериментально подтверждены, строго обоснованы.

В России станоатение генетики происходило несколько позже. Впервые университетский курс генетики был прочитан в 1913 г. Ю.А. Филипченко. Обширная и оригинальная сводка Е.А. Богданова по менделизму появилась в 1914 г. В 1920–1930-е гг. отечественная генетика развивалась широким фронтом, высокими темпами и достигла выдающихся результатов.

Интенсивные экспериментальные исследования и фронтальное накопление эмпирического материла в первой четверти XX в. дали импульс разработке теоретических аспектов генетики.

Зарождающейся генетике (в форме менделизма) следовало прежде всего концептуально определиться по отношению к дарвинизму. Этот процесс был трудным и противоречивым. С одной стороны, "ортодоксальные дарвинисты" (А.Уоллес, Е. Паульсон, В.Уэлдон и др.), делавшие акцент на непрерывности эволюции в виде индивидуальных изменений (именно в них они усматривали материал для естественного отбора), не понимали, что менделизм может дать научные идеи, которые способны расширить, углубить, конкретизировать понятия дарвинизма.

С другой стороны, в общем контексте кризиса дарвинизма на рубеже XIX–XX вв. многие его критики попытались использовать менделизм в целях антидарвинизма, призывали полностью пересмотреть дарвинизм и заменить эволюцию мутационной теорией. По этому пути пошел, например, Хуго Де Фриз, считавший, что новый вид создается не путем постепенного перехода от старого вида к новому, а скачком, в результате мутаций у большинства особей исходного вида. Для образования нового вида не нужны борьба за существование и естественный отбор. Фриз не признавал внутривидового естественного отбора как творческий фактор эволюции и полагал, что возможен только межвидовой отбор как выбраковщик не особей, а видов.

Генетика не опровергала дарвинизм, наоборот, становилось все более очевидно, что генетика дополняет дарвинизм и восполняет главный его пробел, т.е. объясняет сущность неопределенной изменчивости. Вершиной теоретического обобщения накопленного генетикой эмпирического материала в первые десятилетия XX в. стала хромосомная теория наследственности.

Основу этой теории составляет ряд ключевых обобщений: во-первых, наследственный фактор локализован в хромосомах клеток; во-вторых, преемственность наследственных свойств организма определяется преемственностью хромосом; в-третьих, для нормального развития особи необходимо наличие всех хромосом, присущих данному виду; в-четвертых, в клетках тела (сомы) содержится диплоидный набор хромосом (один – от отца, другой – от матери); в мейозе (особый способ деления клетки) происходит уменьшение (редукция) числа хромосом и переход клеток из диплоидного в гаплоидное состояние, свойственное зародышевым клеткам.

Эти обобщения конкретизируются в следующих утверждениях:

1. хромосома состоит из генов;

2. гены расположены в хромосоме в линейном порядке;

3. ген – неделимая корпускула наследственности, ее "квант"; в мутациях ген изменяется как целое;

4. гены, локализованные в пределах одной хромосомы, составляют одну группу сцепления и передаются совместно, поэтому признаки, зависящие от сцепления генов, наследуются совместно;

5. сцепленное наследование признаков может нарушаться за счет перекреста хромосом (кроссинговера), ведущего к перераспределению генетического материала между гомологичными хромосомами.

Непосредственно основания хромосомной теории наследственности разрабатывались (1902–1907) Т. Бовери, У. Саттоном, а завершенная полная формулировка дана в работах Т.Х. Моргана и его школы (А.Г. Стёртевант, Г.Дж. Меллер, К. Бриджес и др.), удостоенных за разработку этой теории Нобелевской премии. Эта теория стала стартовой площадкой теоретической генетики. На ее принципах и понятиях базировался дальнейший теоретический анализ структуры генов, роли нуклеиновых кислот в передаче наследственных признаков, зависимости проявления гена от места его положения в хромосоме и т.д.

Рассмотрим детальнее принципы и понятия синтетической теории эволюции, доказательно моделирующей протекание эволюционного процесса, который представляет собой "векторизированный, направленный процесс изменения дискретных форм живых организмов на Земле. Он характеризуется адаптациями к абиотической и биотической среде, связанными с ними усложнением и дифференцировкой в онтогенезах живых организмов и как результат последних эволюционным прогрессом".

Синтетическая теория эволюции строится на следующих принципах и понятиях:

1. элементарной "клеточкой" биологической эволюции является не организм, не вид, а популяция. Именно популяция – та реальная целостная система взаимосвязи организмов, которая обладает всеми условиями для саморазвития, прежде всего способностью наследственного изменения в системе биологических поколений. Популяция – это элементарная эволюционная структура. Через изменение ее генотипического состава осуществляется эволюция вида;

2. элементарный эволюционный материал – это, обычно случайно образующиеся. В настоящее время выделяют генные, хромосомные, геномные, изменения внеядерных ДНК и др.;

3. наследственное изменение популяции в каком-либо определенном направлении осуществляется под воздействием элементарных эволюционных факторов, таких как: мутационный процесс, поставляющий элементарный эволюционный материал; популяционные волны (колебания численности популяции в ту или иную строну от средней численности входящих в нее особей); изоляция (закрепляющая различия в наборе генотипов и способствующая делению исходной популяции на несколько новых, самостоятельных популяций); естественный отбор.

Естественный отбор – ведущий эволюционный фактор; именно он направляет эволюционный процесс. Отбор действует на всех стадиях онтогенеза особей данного вида. Существуют разные формы естественного отбора: движущий – благоприятствующий лишь одному направлению изменчивости, когда происходит дивергенции дочерних форм; дизруптивный – разрывающий, благоприятствующий двум или нескольким направлениям изменчивости; стабилизирующий – благоприятствующий сохранению в популяции оптимального фенотипа и действующий против проявлений изменчивости.

Таким образом, популяции являются подвижными динамическими системами, испытывающими непрерывное и неравновесное воздействие мутационного процесса, флуктуаций численности ("волн жизни"), полной или частичной изоляции, естественного отбора. В разные периоды жизни в популяции может изменяться степень активности этих факторов, проявляться доминантное давление того или иного из них. Каждая популяция обладает "мобилизационным резервом внутривидовой изменчивости", который включается эволюционными факторами, выполняющими при этом роль пусковых механизмов эволюции. Реализации возможностей такого резерва приводят к появлению внутрипопуляционного полиморфизма, а затем и к возникновению нового вида.

Эволюционные процессы в биологии в зависимости от их масштаба принято разделять на два типа: микроэволюция и макроэволюция.

Микроэволюция – это совокупность эволюционных процессов, протекающих в популяциях и приводящих к образованию нового вида. Описание микроэволюции дается синтетической теорией эволюции. Объектом теории выступают прежде всего закономерности эволюции вида как генетически целостной и замкнутой системы, состоящей из популяций. (Целостность вида обеспечивается возможностью скрещивания и потоком генов между разными популяциями.)

Макроэволюция – эволюционные процессы, ведущие к образованию таксонов более высокого ранга, чем вид.

Понимание отношений между микро- и макроэволюцией предполагает наличие четкого ответа на вопрос: можно ли свести закономерности макроэволюции к закономерностям микроэволюции. Иначе говоря, является ли синтетическая теория эволюции лишь теорией микроэволюции, или она одновременно объясняет и макроэволюцию.

На этот вопрос пытаются ответить со времени создания синтетической теории эволюции. Одна группа биологов (а их большинство) исходила (и исходит) из того, что макроэволюция не имеет специфических закономерностей и механизмов и реализуется посредством процессов микроэволюции, их накопления, являясь лишь их результирующим выражением. Просто более высокие таксоны образовываются на основе отношений межвидовой конкуренции, которые изменяют направление действия элементарных эволюционных факторов. Это значит, что синтетическая теория эволюции является и теорией макроэволюции. И если некоторым явлениям макроэволюции (паралеллизм, конвергенция, аналогия и гомология и др.) она не дает удовлетворительных объяснений, то со временем они будут получены.

Другая группа биологов (во главе с Р. Гольдшмидтом) исходила (и исходит) из того, что закономерности и механизмы макроэволюции не сводимы к механизмам и закономерностям микроэволюции. Макроэволюция должна осуществляться через макромутации – такие мутации, которые дают организму данного вида признак, свойственный таксонам более высокого ранга, т.е. мутации, как бы порождающие "монстров". Это значит, что синтетическая теория эволюции имеет не всеобъемлющий характер, является лишь теорией микроэволюции, а теория макроэволюции еще должна быть создана. Иначе говоря, на смену первому синтезу эволюционной теории и генетики, который завершился созданием синтетической теории эволюции, должен прийти второй, более широкий их синтез, снимающий противоречия между микро- и макроэволюцией.

Необходимость в этом определяется еще рядом обстоятельств.

Во-первых, синтетическая теория эволюции описывает эволюционный процесс лишь для высших животных и растительных организмов, характеризующихся половым размножением.

Во-вторых, синтетическая теория эволюции сформировалась еще до возникновения молекулярной генетики, до революции в молекулярной биологии, которая позволила непосредственно раскрыть структуру гена и освоить способы прямого воздействия на него.

В-третьих, эволюция – безусловно многофакторный и многокомпонентный процесс, охватывающий множество связей и отношений органических форм.

Несколько слов скажем о непростой судьбе отечественной генетики. Синтетическая теория эволюции создавалась усилиями интернационального коллектива ученых. Выдающуюся роль в формировании этой теории играли представители российской науки, и ее зарождение – яркая страница отечественной биологии, генетики. Но, к сожалению, в истории отечественной биологии, прежде всего генетики, было много мрачного и трагического. В условиях тоталитарного общества политике и идеологии подчиняется буквально все, вплоть до личной жизни человека, и тем более сфера научной деятельности – очень важная часть общественной жизни. В таком обществе активность ученых оценивается не по результатам поиска истины, а по их воздействию на идеологию, массовое сознание, политику, познание истины заменяется провозглашением идеологических лозунгов. Значение (а нередко и само существование) той или иной научной школы зависит не от полученных научных результатов, а от личных связей и контактов ее руководителей с "вождями народа", которые зачастую не обладают достаточными знаниями и не могут объективно оценивать деятельность ученых. И если власть и наука вступают в конфликт, то власть сначала побеждает насилием, но со временем эта победа становится ее позором.

В 1930–1940-е гг. в отечественной биологии сложилось направление, которое развернуло борьбу за монопольное положение в биологической науке, взяв на вооружение ламаркизм, причем в самой вульгарной его форме – механистического ламаркизма. Это направление не признавало достижений генетики, прежде всего хромосомной теории наследственности, объявила их "плодом буржуазной науки"; признавало наследуемость приобретенных признаков (т.е. определенной изменчивости), занималось распространением ошибочных теорий и гипотез ("учение о живом веществе", скачкообразное, "порождение" одних видов другими отдаленными видами: "ржи – пшеницей, сорняков – злаками, ели – сосной, превращение вирусов в бактерии и многие другие). Этим было заторможено развитие в СССР не только генетики, но и цитологии и особенно бурно развивавшейся за рубежом в эти годы молекулярной биологии". Многие важнейшие направления отечественной биологии, прежде всего генетика, были отброшены на десятилетия назад. Только в 1964 г. удалось направить их развитие в русло нормальной неидеологизированной научно-исследовательской деятельности.

Литература

1. Садохин А. П. Концепция современного естествознания- М.: Норма, 2008

2. Аношкина П.Г. Проблемы современного естепствознания- М.: Кнорус, 2008

3. Овсянникова Г.М. Концепция современного естествознания- М.: Проспект, 2010

4. Кунафин М.С. Концепция современного естествознания- Уфа, БГУ, 2008

5. Микушина Е.Г. Концепция современного естествознания- М.: Норма, 2008

6. Найдыш В.М. Концепции современного естествознания. – М.: Альфа-М; ИНФРА-М, 2004

7. Гусейханов М.К., Раджабов О.Р. Современная естественно-научная картина мира