Раскройте роль генетики в понимании процессов эволюции кратко

Обновлено: 02.07.2024

Уже в названиях главных структурных уровней биологической организации земной материи присутствует взаимодействие трёх срезов естественнонаучной картины мира для живой природы: натуралистской, физико-химической и эволюционной биологий с генетикой и экологией.

Генетика возникла при изучении онтогенетического уровня. Генетика (от греч. genetic-происхождение) – наука о законах наследственности и изменчивости организмов и методах управления ими.

Первый шаг в познании закономерностей наследственности сделал выдающийся чешский исследователь Грегор Мендель (1822-1884гг). Г. Мендель показал, что признаки организмов определяются дискретными (отдельными) наследственными факторами. Работа Г. Менделя отличалась глубиной и математической точностью. Однако она оставалась неизвестной почти 35 лет - с 1865 до 1900 года.

Для понимания взаимосвязи понятий гомозиготы и гетерозиготы с генами было введено понятие аллельных генов или аллелей. Гены, определяющие альтернативное развитие одного и того же признака и расположенные в индентичных участках гомологичных хромосом, называют аллельными генами или аллелями. Хромосомы – элементы ядра клетки, содержащие гены (молекулы ДНК); ДНК- хромосом содержит информацию о наследственности и отвечает за передачу её вновь образованным клеткам. Геномом является участок молекулы ДНК (или участок хромосомы), определяющий возможность развития отдельного элементарного признака, или синтез одной белковой молекулы.

Любой диплоидный организм, будь то растение, животное или человек, содержит в каждой клетке два аллеля любого гена. Исключение составляют половые клетки – гаметы. В результате мейоза (способа деления клеток, в результате которого число хромосом уменьшается в два раза), число гамет удваивается, но каждая гамета имеет лишь по одному аллелю. Схематически гетерозиготная особь обозначается так: , но её можно записать и как Аа. Гомозиготные особи при подобном обозначении выглядят так: или , но их можно записать и как АА и аа.

Г. Мендель сформулировал свои законы на основе гибридологического метода, исследуя строго математически опыты по скрещиванию разных сортов гороха. Скрещивание двух организмов называется гибридизацией; потомство от скрещивания двух особей с различной наследственностью называют гибридным, а отдельную особь гибридом.

Гибридологический метод лежит в основе современной генетики, так как законы Менделя, как было установлено генетиками, имеют широкое распространение среди растений, животных, грибов.

При скрещивании двух организмов, относящихся к разным линиям (двух гомозиготных организмов), отличающихся друг от друга по одной паре альтернативных признаков, всё первое поколение гибридов окажется единообразным и будет нести признак одного из родителей (первый закон Менделя – закон единообразия первого поколения и доминирования одного признака над другим).

Множественный аллелизм характеризует разнообразие генофонда (генофонд - качественный состав и относительная численность разных форм (аллелей) различных генов в популяциях того или иного организма).

При скрещивании двух потомков первого поколения между собой (двух гетерозиготных особей) во втором поколении наблюдается расщепление в определенном числовом соотношении: по фенотипу 3:1, по генотипу 1:2:1 (второй закон Менделя - закон расщепления).

Закон чистоты гамет можно сформулировать следующим образом: при образовании половых клеток в каждую гамету попадает только один ген из каждой аллельной пары.

При скрещивании двух гомозиготных особей, отличающихся друг от друга по двум и более парам альтернативных признаков, гены и соответствующие им признаки наследуются независимо друг от друга и комбинируются во всех возможных сочетаниях (третий закон Менделя – закон независимого расщепления).

Законы Г. Менделя носят статистический характер и выполняются лишь при большом количестве изучаемых гибридных особей.

Если вам нужна помощь в написании работы, то рекомендуем обратиться к профессионалам. Более 70 000 авторов готовы помочь вам прямо сейчас. Бесплатные корректировки и доработки. Узнайте стоимость своей работы.

Когда Мендель ставил свои опыты, науке ещё ничего не было известно ни о хромосомах и генах, ни о митозе (в митозе хромосомы удваиваются путём продольного расщепления их и равномерного распределения между дочерними клетками) и мейозе. Несмотря на это, Мендель, точно учтя и обдумав результаты расщепления, понял, что каждый признак определяется отдельным наследственным фактором, и факторы эти передаются из поколения в поколение по определенным законам, которые он и сформулировал.

Большую работу по изучению наследования неаллельных генов, расположенных в паре гомологичных хромосом, выполнили американский учёный Т. Морган (1866-1945 гг.) и его ученики. Учёные установили, что гены, расположенные в одной хромосоме, наследуют совместно, или сцеплено. Сцепленное наследование генов, локализованных в одной хромосоме, называют законом Моргана.

Морган и его ученики исследовали как сцепленное наследование, так и явление перекреста (возникновение новых гамет в перекресте гомологичных хромосом, которые в процессе мейоза перекрещиваются и обмениваются участками) и показали возможность построения карт хромосом с нанесённым на них порядком расположения генов. В результате возникла возможность сравнивать строение генома, то есть совокупности всех генов гаплоидного набора хромосом у различных видов, что имеет важное значение для генетики, селекции, а также эволюционных исследований.

В частности возникла генетика (хромосомное определение) пола. У человека решающую роль в определении пола играет -хромосома. Если яйцеклетка оплодотворяется сперматозоидом, несущим -хромосому, развивается женский организм, который является гетерозиготным по половому признаку. Если же в яйцеклетку проникает сперматозоид, содержащий -хромосому, развивается мужской организм, который является гомозиготным по половому признаку.

Возникает более ясное определение генотипа, как системы взаимодействующих генов. Взаимодействуют друг с другом как аллельные, так и неаллельные гены, расположенные в различных локусах одних и тех же и разных хромосом.

Фенотип каждой особи есть результат взаимодействия её генотипа с условиями окружающей среды. Таким образом, генетика тесно взаимодействует со здоровьем и онтогенезом, играя такую же важную роль, как и окружающая среда и условия проживания особи или индивида.

Схема 52. Структура дезоксирибонуклеиновой кислоты – ДНК.

а) Схема строения нуклеотидов.

б) Комплементарное соединение полинуклеотидных цепей ДНК.

в) Участок двухспиральной молекулы ДНК.

Молекулы ДНК в основном находятся в ядрах клеток и в небольших количествах в митохондриях и хлоропластах. Наконец, ДНК участвует в качестве матрицы в процессе передачи генетической информации из ядра в цитоплазму к месту синтеза белка. При этом, на одной из её цепей по принципу комплементарности из нуклеотидов окружающей молекулу среды синтезируется и макромолекула РНК.

РНК – так же, как ДНК, представляет собой биополимер, мономерами которого являются нуклеотиды. Азотистые основания трех нуклеотидов те же самые, что входят в состав ДНК ( адепин, гуапин, цитозин), четвертое – урацил - присутсвует в молекуле РНК вместо тимина. Нуклеотиды РНК отличаются от нуклеотидов ДНК и по строению входящего в их состав углевода: они включают другую пентозу - рибозу (вместо дезоксирибозы). В цепочку РНК нуклеотиды входят путем образования связей между рибозой одного нуклеотида и остатком фосфорной кислоты другого.

РНК переносят информацию о последовательности аминокислот в белках, т.е. о структуре белков, от хромосом к месту их синтеза, т.е. участвует в синтезе белков. По структуре различают двухцепочные и одноцепочные РНК. Двухцепочные РНК являются хранителями генетической информации у ряда вирусов, т.е. выполняют у них функции хромосом.

Существует несколько видов одноцепочных РНК. Их названия обусловлены выполняемой функцией или местонахождением в клетке.

Большую часть цитоплазмы (до 80-90%) составляет рибосомальная РНК (р-РНК), содержащаяся в рибосомах. Молекулы р-РНК относительно невелики и состоят из 3-5 тысяч нуклеотидов. РНК зависит от длины участка ДНК, на котором они были синтезированы.

Схема 53. Структура т-РНК.

А,Б,В,Г – участки комплементарного соединения,

Д – участок соединения с аминокислотой,

Молекулы информационной РНК (и-РНК) могут состоять из 300-30000 нуклеотидов.

Огромное количество отобранных эволюцией уникальных сочетаний аминокислот воспроизводится путём синтеза нуклеиновых кислот с такой последовательностью азотистых оснований, которая соответствует последовательности аминокислот в белках. Каждой аминокислоте в полипептидной цепочке соответствует комбинация из трёх нуклеотидов - триплет. Так, аминокислоте цистеину соответствует триплет АЦА, валину – ЦАА, лизину – ТТТ и т.д. Таким образом, определённые сочетания нуклеотидов и последовательность их расположения в молекуле ДНК является генетическим кодом, несущим информацию о структуре белка.

Код включает все возможные сочетания трёх (из четырёх) азотистых соединений. Таких сочетаний может быть , в то время как кодируется только 20 аминокислот. Эта избыточность кода имеет большое значение для повышения надёжности передачи генетической информации.

Генетика привела к новым представлениям об эволюции, а также именно на основе генетики были сформулированы основные аксиомы биологии.

Аксиома 1. Все живые организмы должны состоять из фенотипа и программы для его построения (генотипа), передающейся по наследству из поколения в поколение. Наследуется не структура, а описание структуры и инструкция по её изготовлению. Жизнь на основе только одного генотипа или фенотипа невозможна, т.к. при этом нельзя обеспечить ни самовоспроизведения структуры, ни её самоподдержания.

(Д. Нейман, Н. Винер)

Аксиома 2. Генетические программы не возникают заново, а редицируются матричным способом. В качестве матрицы, на которой строится ген будущего поколения используется ген предыдущего поколения. Жизнь – это матричное копирование с последующей самосборкой копий.

Аксиома 3. В процессе передачи из поколения в поколение генетические программы в результате многих причин изменяются случайно и ненаправленно, и лишь случайно эти изменения оказываются приспособительными. Отбор случайных изменений не только основа эволюции жизни, но и причина её становления, потому что без мутаций отбор не действует. Эта аксиома основана на принципах статистической физики и принципе неопределенности.

Аксиома 4. В процессе формирования фенотипа случайные изменения генетических программ многократно усиливаются, что делает возможным их селекцию со стороны факторов внешней среды. Из-за усиления в фенотипах случайных изменений эволюция живой природы принципиально непредсказуема.

Последняя аксиома биологии указывает и на достаточно трудный путь антропологического исследования родословной человека и право на существование различных теорий происхождения жизни. Более того, проблема происхождения и предназначения человека на Земле и в Космосе может быть решена в рамках целостной культуры и картины мироздания (бытия), включая мифологическую, религиозную, философскую и естественнонаучную картины мира.

большая--- но ответ не может быть по пунктам и однозначным так как много спорных вопросов. .

Возникновение и развитие СТЭ
Синтетическая теория в её нынешнем виде образовалась в результате переосмысления ряда положений классического дарвинизма с позиций генетики начала XX века. После переоткрытия законов Менделя (в 1901 г.) , доказательства дискретной природы наследственности и особенно после создания теоретической популяционной генетики трудами Р. Фишера (1918—1930), Дж. Б. С. Холдейна-младшего (1924), С. Райта (1931; 1932), учение Дарвина приобрело прочный генетический фундамент.

Толчок к развитию синтетической теории дала гипотеза о рецессивности новых генов. Говоря языком генетики второй половины XX века, эта гипотеза предполагала, что в каждой воспроизводящейся группе организмов во время созревания гамет в результате ошибок при репликации ДНК постоянно возникают мутации — новые варианты генов.

Считают, что эволюционный акт состоялся, когда отбор сохранил генное сочетание, нетипичное для предшествующей истории вида. В итоге для осуществления эволюции необходимо наличие трёх процессов:
1) мутационного, генерирующего новые варианты генов с малым фенотипическим выражением;
2) рекомбинационного, создающего новые фенотипы особей;
3) селекционного, определяющего соответствие этих фенотипов данным условиям обитания или произрастания.

Центральной темой теоретико-методологических работ стал анализ роли генетики в развитии эволюционной теории. Именно генетика доказала ошибочность передачи по наследству приобретаемых признаков.

Положение диалектического материализма об историческом характере законов развития способствовало постановке актуальной проблемы эволюционной теории об изменении в процессе эволюции самих факторов и причин эволюции (Дубинин, 1932; Шапиро, 1938; Шмальгаузен, 1939; Парамонов, 1945).

В 20—30-е годы проявились натурфилософские попытки решения проблем эволюционной теории, когда частные проблемы науки, подлежащие экспериментальной проверке, неоправданно возводились в ранг философских проблем. Было высказано немало ошибочных суждений о взаимоотношениях между эволюционной теорией как биологической наукой и философией. В результате выдвигались сомнительные призывы переработать якобы метафизический дарвинизм в особую диалектико-материалистическую теорию эволюции под которой обычно подразумевали механоламаркизм или псевдодарвинизм (Т. Д. Лысенко, Г. В. Никольский, И. И. Презент). Естественно, что попытки реализовать подобные призывы не могли способствовать развитию ни самой эволюционной теории, ни ее методологических основ.

Однако не эти ошибочные призывы, а труды крупнейших биологов-дарвинистов Вавилова, Дубинина, М. Завадовского, Парамонова, Сукачева, Шмальгаузена дают объективное и однозначное представление об эффективности использования методологии диалектического материализма в эволюционной теории. К концу 30-х годов диалектический материализм практически стал методологической основой всех обобщающих работ советских биологов, выполненных с позиций современного дарвинизма.

Генетика является научной дисциплиной, изучающей закономерности передачи наследственных признаков в ряде поколений.

Если говорить об онтогенетическом уровне развития, то генетика реализует собственные методы. Она занимается изучением закономерностей наследственности и изменчивости организма, а также методов, с помощью которых можно этими процессами управлять.

Г. Мендель — основоположник изучения генетических закономерностей. Благодаря ему стало понятно, что признаки организмов носят дискретный характер и определяются при помощи различных наследственных факторов. В своих работах ученый опирался на факты, глубоко анализировал проблемы и придерживался математической точности.

Также к заслугам ученого можно отнести описание существования доминантных признаков, проявляющихся у гибридов первого поколения, и рецессивных, подавляемых признаков. А еще ученый ввел в употребление понятия гомо- и гетерозиготности.

Под гомозиготными особями понимают особей, не дающих расщепление в первом поколении. Это так называемые чистые линии.

Определение 3Под гетерозиготными особями понимают особей, дающих расщепление в первом поколении.

Для упрощения процесса понимания специфики понятий гомозиготности и гетерозиготности в генетике появилось такое понятие как аллели или аллельные гены.

Аллели — гены, которые определяют развитие одного и того же признака и находятся на одинаковых участках гомологичных хромосом.

Расположение хромосом — ядра эукариотических клеток. Внутри хромосом есть молекулы ДНК, которые передают информацию вновь образованным клеткам. Участок молекулы ДНК — геном: он определяет возможность развития отдельного признака и синтеза отдельной молекулы.

Для любого диплоидного организма характерно содержание по две аллели любого гена в каждой клетке. Исключение — половые клетки или гаметы.

Помимо понятий гомо- и гетерозиготности Г. Мендель ввел понятия генотипа и фенотипа. В первом случае речь идет о совокупности всех генов организма, а во втором — всех внешних признаков организма. Формирование фенотипа организма происходит под воздействием окружающей среды и обусловлено генотипом.

В основе законов Г. Менделя — гибридологический метод, а также опыты по скрещиванию разных сортов гороха, исследованные строго математически. Скрещивание двух организмов получило название гибридизации. Соответственно, полученное в результате такого скрещивания потомство называется гибридным, а отдельная особь — гибридом.

Законы наследственности Г. Менделя

Собственные исследования позволили Г. Менделю вывести и сформулировать несколько законов наследственности:

Первый закон или правило единообразия. Согласно этому закону, в случае моногрибридного скрещивания чистых линий гибриды первого поколения проявят доминантный признак фенотипа, который характерен одному из родителей.
Второй закон или правило расщепления. В случае самоопыления гибридов первого поколения в потомстве будет присутствовать расщепление с образованием двух фенотипических групп в соотношении 3:1.
Третий закон. Закон независимого наследования. Когда скрещиваются две отличающихся друг от друга особи (по 2 или более парам альтернативных признаков), происходит наследование генов и соответствующих им признаков независимо друг от друга. Также эти гены и признаки объединяются в самые разные комбинации — так же, как и в случае моногибридного скрещивания.

В развитии генетических представлений эти законы сыграли большую роль. Благодаря им сформировались прочные представления о принципах наследования в случае других живых организмов.

Эти законы пополнили знания о закономерностях изменчивости признаков, подняв генетику на новый уровень развития.

Влияние генетики на представления об эволюции

Очевидно влияние генетики как науки на процесс развития эволюционных представлений, а также на ряд вопросов, касающихся происхождения видов в природе. Данные генетики послужили основой для формулирования главных эволюционных аксиом, таких как:

у всех живых организмов есть программы, используемые для построения комплекса внутренних признаков (генотипа) и комплекса внешних признаков (фенотипа). В основе эволюционного процесса — наследование инструкции по производству генов и программы развития генетического аппарата, а также ненаправленных изменений, которые происходит внутри этого аппарата;
в процессе эволюции генетические программы не появляются заново. Происходит их редуцирование при помощи специализированного матричного способа. Жизнь в ходе эволюции формируется в виде процесса матричного копирования — позже происходит самосборка копий генов и белков;
генетические программы развития на протяжении эволюционного развития видов меняются не направленно. Случайно они становятся также полезными и приспособительными. Отбор случайных изменений — это не только фундамент эволюции жизни, но и одна из главных причин ее становления: без мутаций невозможно себе представить сам процесс отбора. В основе этой аксиомы лежат 2 принципа: статистической физики и неопределенности;
эволюцию предполагает процесс многократного увеличения силы случайных генетических изменений. Таким образом усиливается процесс влияния на организм внешней среды. По этой причине эволюционный процесс нередко бывает предсказуемым и легким для просчета.

Глядя на эти аксиомы можно сделать вывод о том, что эволюционный процесс является достаточно сложным, и что вполне допустимы различные теории касательно происхождения жизни на планете Земля.

На основе полученных генетических сведений формируется философская, естественнонаучная картина мира, которая носит комплексный и обоснованный характер.

Все это дает право говорить о взаимосвязи генетики и теории эволюции. При этом каждая область знания обладает уникальным значением для решения вопросов, которые относятся к базовым видам представления о бытие.

Читайте также: