Генетика в наше время кратко
Обновлено: 30.06.2024
Генетика – это область биологии, занимающаяся изучением закономерностей и материальных основ наследственности и изменчивости организмов, а также механизмов эволюции живого.
Наследственность – это свойство организма передавать из поколения в поколение признаков строения, физиологических свойств и характера индивидуального развития.
Изменчивость – это свойство, противоположное наследственности. Изменчивость заключатся в способности изменения наследственных задатков под воздействием внешней среды.
Периодом наибольшего развития генетики можно считать несколько последних десятилетий, когда генетика вышла на первые позиции современной биологической науки.
Основные закономерности наследственности были установлены в результате опытов над растениями и животными. Историю развития генетики можно разделить на три основных этапа.
Первый этап развития генетики
Началом первого этапа развития генетики считается открытие Грегором Менделем в 1865 году свойства дискретности наследственных факторов, и разработка им гибридологического метода исследования наследственности. Г. Мендель по праву считается основателем науки генетики.
Такое свойство, как дискретность наследственности выражается в том, что отдельно взятые свойства организма и признаки развиваются под контролем генов – наследственных факторов, которые в процессе слияния гамет и образовании зиготы не растворяются и не смешиваются, а в процессе формирования новых гамет наследуются независимо друг от друга.
Однако, открытия Менделя в тот период развития биологии были опережающими, и поэтому не получили должного распространения. Значение открытий Менделя было по праву оценено лишь в 1900 г, когда три биолога – де Фриз, К. Корренс и Э. Чермак – независимо друг от друга проводили опыты, результаты которых оказались аналогичными выводам Менделя. Результаты гибридизации, проведенные в начале ХХ века, подтвердили законы наследования Менделя и доказали из универсальность по отношению ко всем живым организмам, размножающимся половым путем. Таким образом, законы Менделя были переоткрыты в 1900 году.
Готовые работы на аналогичную тему
В ходе этих опытов, закономерность наследования признаков исследовались на примере целостного организма. Законы наследственности, открытые Менделем, стали основой теории гена, которое стало величайшим открытием в естествознании ХХ века. Именно благодаря этому генетика стала стремительно развивающейся отраслью биологии.
В 1901 -1903 гг. де Фризом была выдвинута теория мутационной изменчивости. Эта теория сыграла огромную роль в дальнейшем развитие генетики.
Второй этап развития генетики
На втором этапе развития генетики происходит переход к изучению механизма наследственности на уровне клеток – цитогенетика.
В 1902 – 1907 гг. учеными Т. Бовери, У. Сэттоном и Э. Вильсоном была установлена взаимосвязь между законами наследования Менделя и распределением хромосом в процессе митоза и мейоза:
- Митоз – это Клеточное деление
- Мейоз – процесс созревания половых клеток.
В ходе развития учения о клетке было уточнено строение, формы и количество хромосом, и это позволило установить, что гены, которые контролируют те или иные признаки, являются участками хромосом. Это открытие стало главной предпосылкой становления хромосомной теории наследственности. Исследования американского генетика Т. Г. Моргана и его коллег, проведенные в 1910-1911 гг. на мухах дрозофилах, оказали решающее значение на процесс развития этой теории. В ходе этого исследования ученые установили, что гены располагаются в хромосомах в линейном порядке и образуют группы сцепления. Число групп сцепления соответствует числу пар гомологичных хромосом. Гены одной группы сцепления способны изменить комбинацию в ходе процесса созревания половых клеток благодаря явлению кроссинговера, что является основой одной из форм наследственной изменчивости организмов.
Кроме этого, на втором этапе развития генетики были установлены закономерности наследования признаков, связанных с полом.
Современный этап развития генетики
Третий этап развития генетики связан с достижениями молекулярной биологии. На этом этапе в процессе изучения явлений жизни на молекулярном уровне широко используются методы и принципы точных наук, таких как химия, физика, математика.
Грибы, вирусы и бактерии стали объектами генетических исследований.
Согласно этой теории, каждым геном контролируется синтез одного фермента. В свою очередь, фермент осуществляет контроль за одной реакцией из ряда биохимических процессов, которые лежат в основе проявления внутреннего или внешнего признака организма.
Эта теория имела решающее значение в определении физической природы гена как элемента наследственной информации.
в 1953 году, на основе результатов опытов генетиков и биохимиков, а также данных рентгеноструктурного анализа, Ф. Крик и Дж. Уотсон сформировали структурную модель ДНК, имеющую форму двойной спирали. Эта модель хорошо согласуется со способностью этого соединения к самоудвоению генетического материала и сохранению его в поколениях, от клетки к клетке. Этими свойствами молекул ДНК объясняется и молекулярный механизм изменчивости, который предполагает, что любые ошибки самоудвоения генетического материала ДНК и отклонения от исходной структуры гена, возникшие однажды, будут воспроизводится в дальнейшем в дочерних нитях ДНК.
Позже эти положения были подтверждены путем экспериментов. Понятие гена уточнилось, ученые сумели расшифровать генетический код и принцип его действия в ходе синтеза белка в клетке.
Помимо этого, ученым удалось найти методы получения мутаций искусственным путем, с помощью которых были созданы совершенные сорта растений и выведены новые штаммы микроорганизмов – продуцентов аминокислот и антибиотиков.
В современной генетике появилось новое направление – генная инженерия.
Генная инженерия – это система приемов, которые дают возможность создавать искусственные генетические системы.
Основой генной инженерии является универсальность генетического кода, которая выражается в следующем: триплеты нуклеотидов ДНК программируют включение аминокислот в белковые молекулы всех организмов – человека, животных, растений, бактерий, вирусов. Это позволяет синтезировать новый ген либо выделить ген из одной бактерии и ввести его в генетический аппарат не имеющей этот ген бактерии.
Таким образом этот развития генетики открыл новые возможности направленного, контролируемого вмешательства в процессы наследственности и селекцию. Современный этап определил важность генетики в медицине, в частности, в исследовании закономерностей наследственных заболеваний и физических аномалий.
Генетика в медицине.
Медицинская генетика - важный раздел современной генетики, изучающий роль наследственных факторов в возникновении патологических симптомов и признаков в организме человека. Уже установлено более 1000 наследственных заболеваний человека такие как Болезнь Марфана, Боковой амиотрофический склероз, Болезнь Вильсона - Коновалова, Болезнь Дауна, Болезнь кленового сиропа .Разработаны методы предупреждения некоторых из них. Различают первичную профилактику наследственной патологии и вторичную профилактику наследственной патологии .
Под первичной профилактикой понимают такие меры, которые должны предупредить зачатие или рождение больного ребенка.
Профилактика вновь возникающих мутаций должна сводиться к уменьшению темпа мутационного процесса . Последний же протекает интенсивно.
Современной основой профилактики наследственной патологии являются теоретические разработки в области генетики человека и медицины, которые позволили понять:
1) молекулярную природу наследственных болезней, механизмы и процессы их развития в пре и постнатальном периоде;
2) закономерности сохранения мутаций (а иногда и распространения) в семьях и популяции;
3) процессы возникновения и становления мутаций в зародышевых и соматических клетках.
Генетики всего мира разрабатывают генетические методы борьбы с раком. Так же генетика применяется в производстве антибиотиков.
В ближайшем будущем мы сможем не только предупреждать появление генетических заболеваний, но и лечить каждую из них. Безусловно болезни развеваются прогрессируют эволюционируют, но и генетика не стоит на месте каждый день совершается небольшой шаг небольшое открытие в этой области , что в итоге приведет нас к грандиозным открытиям и мы сможем творить чудеса.
Генетика в сельском хозяйстве.
Людей на нашей планете все больше и больше, а земель пригодных для возделывания сельскохозяйственных культур все меньше, поэтому главная задача, стоящая перед человечеством это увеличение сельскохозяйственной продукции, качественно и количественно. Имеется много факторов мешающие осуществлению данной задачи, такие как заболевания растений и животных, вредители сельскохозяйственных культур, климатические и погодные условия и многое другое.
Генетика способствует решение данных проблем. Она служит теоретической основой селекции сельскохозяйственных растений и животных. Ведь если генетик изучает наследственность и изменчивость организмов, то задача селекционера — изменить наследственные свойства растений и животных, создать сорта и породы, отвечающие запросам сельскохозяйственного производства. Секционеры выводят новые сорта и гибриды растений, которые устойчивы к болезням, вредителям, погодным и климатическим условиям.
Большой вклад в развитие селекции внес Николай Иванович Вавилов.
Закон гомологичных рядов наследственной изменчивости. Этот закон дает возможность прогнозировать существование или экспериментального получения форм с определенными важными для селекции признаками.
Генетика одна из важнейших наук современности, она откроем нам дальние горизонты невидимые ранее некому. В будущем появятся новые направления ее изучения. Люди смогут делать то о чем многие из нас даже и не мечтали, возможно, мы сможем менять цвет наших глаз или даже цвет кожи, не будет заболеваний и патологий. Мы шагнем на новую ступень эволюции, где принимать решение будем мы сами. Конечно, сейчас это все звучит как научная фантастика, но кто знает, что ждет нас впереди.
1.Айала Ф., Кайгер Дж. Современная генетика: В 3 т. М.: Мир, 1987—1988. Т. 1. 295 с. Т. 2 368 с. Т. 3. 335 с.
2.Дубинин Н. П. Генетика. — Кишинёв: Штииница, 1985. — 533 с.
3. Регель Р. Э. Селекция с научной точки зрения // Тр. Бюро по прикл. ботанике. 1912. T. 5. № 11. C. 425—623.
Генетика – это наука, изучающая закономерности наследования генетической информации и изменчивость организмов. Основоположник генетики – австрийский ученый Грегор Мендель.
История развития генетики
Генетика – относительно молодая наука, зародилась она в 19 ст., и развивается до сегодняшних дней.
Выделяют три основных этапа в развитии генетики:
Этап I
Этап II
Второй этап начался с изучения генетики на клеточном уровне. Исследуя строение клетки, удалось установить, что гены являются участками гомологичных хромосом, которые в процессе деления распределяются между дочерними клетками. В этот период Т.Г.Морганом было открыто явление кроссинговера, который играет важную роль в механизме наследственной изменчивости.
Этап III
Третий этап характеризуется достижениями в сфере молекулярных наук, которые позволили изучать закономерности генетики на уровне бактерий и вирусов. Была выдвинута теория, которая гласит, что один ген отвечает за один фермент. Фермент катализирует определенную реакцию, среди множества других, которая отвечает за формирование признака.
В 50-60 годах прошлого столетия Ф.Крик и Дж.Уотсон разработали модель ДНК, которая представляла собой двойную спираль, она дала возможность проследить репликацию молекулы ДНК. Это открытие стало выдающимся событием века.
В XXI веке начала развиваться генная инженерия, которая дает возможность создавать собственные генетические системы. Это позволило выделять гены из одних участков и внедрять их в генетический аппарат других организмов. Так генная инженерия стала занимать важное место в селекции растений и животных, в медицине при изучении врожденных заболеваний, аномалий развития.
Основные понятия генетики
Наследственность — способность одного поколения живых организмов передавать свои характеристики следующему.
Изменчивость — приобретение потомством отличительных признаков в процессе индивидуального развития.
Признаки — особые черты строения организма, которые формируются на протяжении жизни и зависят от генетического фона и условий окружающей среды.
Фенотип — совокупность всех внешних и внутренних признаков организма.
Генотип — набор генов, унаследованных от родителей, которые под влиянием внешних факторов определяют фенотип организма.
Аллельные гены — гены, занимающие одинаковые локусы в гомологичных хромосомах.
Гомозиготы— особи, несущие аллельные гены с одинаковой молекулярной основой.
Гетерозиготы — особи, несущие аллельные гены различной молекулярной структуры.
Законы и понятия генетики
Законы генетики
Основные законы были сформулированы Менделем, которые он вывел опытным путем, исследуя закономерности наследования на растениях.
Закон единообразия гибридов первого поколения.
Суть закона заключается в следующем: если скрестить два гомозиготных организма, которые кодируют разное проявление одного признака, то потомки в первом поколении будут единообразны. Аллель, который проявился, является доминантным, он подавляет рецессивный признак.
Определить это явление Менделю удалось, используя чистые линии гороха с белыми и пурпурными цветами. После скрещивания, все потомство имело пурпурный окрас цветков.
Закон расщепления.
Скрещивание гетерозигот, полученных в первом поколении, дает расщепление по такому принципу:
Так, менделевский закон подтвердил, что рецессивные признаки никак не изменяются и не теряются, а просто не проявляются в сочетании с доминантным геном.
Закон независимого наследования признаков.
Скрещивание двух гетерозиготных особей, которые отличаются более чем по двум признакам, дает поколение с разнообразной и независимой комбинацией генов.
Разделы генетики
Классическая генетика изучает закономерности передачи генов.
Цитогенетика исследует структуру хромосом и их участие в передаче наследственной информации.
Молекулярная генетика исследует молекулярные основы наследования признаков путем изучения строения ДНК и РНК.
Биохимическая генетика направлена на изучение влияния генетических факторов на биохимические процессы в живом организме.
Медицинская генетика – изучает наследственные заболевания и разрабатывает эффективное лечение.
Значение генетики
Все чаще рождаются дети с наследственными аномалиями развития. Врожденная патология сказывается на деятельности жизненно важных органов и приводит к росту ранней детской смертности.
Неблагоприятная экологическая обстановка вредные привычки родителей приводят к разного рода мутациям, которые сказываются на здоровье человека.
На сегодняшний день ученые-генетики сделали много открытий в области медицины, селекции животных и растений, что позволяет целенаправленно влиять на наследственность организмов, предотвращая мутационные процессы.
Многие заболевания, как показали исследования, носят генетическую природу:
- Увеличение количества хромосом (синдром Клайнфельтера);
- уменьшение (синдром Шерешевского-Тернера);
- болезни сцепленные с хромосомами (гемофилия, дальтонизм);
- нарушения обмена веществ (галактоземия).
Теперь, зная причину развития заболевания, ученые разрабатывают методы предотвращения мутаций, которые ведут к врожденным аномалиям.
Селекция животных и растений уже стала самостоятельной наукой, но в основе ее лежат генетические закономерности наследования. Новые сорта растений с высокой урожайностью, ценные породы животных удалось получить, используя законы наследственности и изменчивости.
Фармацевтическая промышленность не обходится без генетической инженерии. Продукция антибиотиков стала возможной благодаря генетической модификации микроорганизмов-продуцентов. Так удалось многократно увеличить скорость синтеза лекарственных средств и уменьшить затраты на производство.
Многие люди задаются вопросом о том, зачем, вообще, изучать генетику. Когда мне приходилось объяснять эту тему в школе или университете, я спрашивал у учащихся простой вопрос: у мамы вторая группа крови, у папы первая, а у вас четвертая. Любит ли мама папу?
Безусловно, знания основ генетики найдут своё применение в вашей жизни. Но здесь возникает другая проблема: как понять генетику, избежав сложных и непонятных определений и формулировок. Конечно же, изучая данную дисциплину хочется ограничится, если можно так сказать, курсом генетики для начинающих, или как модно сейчас говорить курсом генетики для чайников, не углубляться в сложный понятийный аппарат специальных знаний. Потому предлагаю всем желающим попробовать разобраться в ней вместе.
Главное о генетике
Генетика – это наука об основных закономерностях наследственности и изменчивости. Начало генетики лежит еще в доисторических временах. Уже в 4 тысячелетии до нашей эры человек понимал, что некоторые признаки передаются от одного поколения к другому. Отбирая, из природных популяций, определённые организмы и скрещивая их между собой, человечество создавало улучшенные породы животных и сорта растений, обладающие свойствами необходимыми человеку. К примеру, известно, что у жителей древнего Вавилона было, своего рода, руководство по селекции лошадей.
Основы же современных представлений о механизмах наследственности были заложены лишь в середине XIX века. Изначально закономерности изучались лишь на основании внешних, фенотипических – если использовать терминологию, признаков. Так один австрийско-чешский монах предопределил создание этой науки, наблюдая за цветом и формой горошин.
Понимание механизмов наследственности сделало возможным применение к проблеме наследственности методов смежных дисциплин, сделав генетику сложным комплексным разделом биологической науки. Генетика, как раздел науки является определяющим в биологии, так как воплощает основополагающий принцип живого.
Давайте разберемся - что же сегодня представляет наука о наследственности и изменчивости живых организмов и методах управления ими. Каковы основные задачи генетики, как науки и её основные разделы?
Предмет и задачи генетики
Наследственность обеспечивает постоянство и многообразие форм жизни и лежит в основе передачи наследственных задатков. Благодаря наследственности некоторые виды (к примеру, кистеперая рыба латимерия, жившая еще в девонский период) оставались на протяжении миллионов лет почти неизменными. В то же время, существование различий у особей как разных видов, так и у одного - свидетельствует о неразрывной связи наследственности с изменчивостью. Изменчивость выражается в отличие особей отдельных поколений от своих родителей и друг от друга.
Следовательно, наследственность, являясь консервативной, обеспечивает сохранение свойств и признаков организмов на протяжении многочисленных поколений, а изменчивость обусловливает формирование в результате изменения генетической информации или условий внешней среды новых признаков. А закономерности наследственности и изменчивости обуславливают задачи генетики, как науки.
К основным задачам генетики относятся:
- исследование механизмов хранения и передачи наследственной информации потомкам от родительских форм;
- исследование механизмов реализации генетической информации в виде свойств и признаков организмов в ходе их индивидуального развития;
- исследование типов, механизмов и причин изменчивости;
- исследование взаимосвязи процессов наследственности, изменчивости и отбора.
Современные разделы генетики
Современные разделы генетики разнообразны. Эта комплексная наука, занимающаяся как вопросами банальной селекции, так и сложнейшей генной инженерией и археогенетики, проникая во все отрасли биологического знания. Перечислим основные разделы генетики кратко – это классическая, популяционная, молекулярная генетика и генная инженерия, генетика человека, биохимическая и радиационная генетика. Кроме этих разделов имеются отдельные направления и подразделы. Так существует судебно-медицинская и криминалистическая генетика, спортивная генетика, а основными разделами генетики человека являются антропогенетика - изучающая наследственность и изменчивость признаков человеческого организма в норме и медицинская генетика.
Особенности и сложности генетических исследований человека
Как известно, все общие закономерности наследственности и изменчивости присущие другим живым организмам, характерны для человека. Однако как объект генетических исследований человек не очень удобен. Во-первых, его кариотип представлен большим числом хромосом, во-вторых, длительный период полового созревания и малоплодность (норма – 1 ребенок на беременность). В третьих, социальный аспект. Так как человек не стремится обзавестись большим числом потомков, это затрудняет статистический анализ закономерностей генетики.
Хотя бывают и исключения. Согласно книге рекордов Гиннеса, наибольшее число рожденных одной матерью детей равно 69. Жена русского крестьянина из Шуи Федора Васильева в середине XVIII века рожала 27 раз, при этом на свет появилось 16 двойней, 7 тройней и 4 четверни. Из них лишь 2 ребенка умерли в младенчестве.
Наконец, этическая составляющая. Тут исследователи сталкиваются с целым рядом проблем, так как на человеке нельзя проводить эксперименты по гибридизации, т.е. не может проводить интересующие его скрещивания. Обойти эту проблему получилось только у нацистов, но закончилось это Нюрнбергским трибуналом по делу врачей.
Наконец, также этическая проблема биологического отцовства при анализе потомков законных супругов. Так как по оценкам генетиков в экономически развитых странах процент детей, являющихся результатом супружеской измены, достигает 20-30%.
Методы генетики человека
Все эти особенности определили методы, с помощью которых ученым пришлось изучать генетику человека. И в первую очередь стоит сказать о генеалогическом методе, или методе родословных. По сути это графическое изображение данных о наличии какого-либо изучаемого признака и степени родства у группы родственников.
Данный метод позволяет установить характер и тип наследования признака.
Близнецовые (многоплодные) беременности не являются нормой для человека – более половины из них до недавних пор заканчивались ранней внутриутробной гибелью близнецов или их мертворождением. Естественная частота многоплодных беременностей составляет 2-4 процента, однако с развитием техники гормональной стимуляции созревания яйцеклеток при лечении определенных видов женского бесплодия она в последние годы увеличилась.
Также применяется популяционно-статистический метод, который основан на законе Харди-Вайнберга. С его помощью можно определять частоты генотипов и аллелей, которые характерны для конкретной популяции людей. Также он позволяет оценить влияние микроэволюционных факторов (изоляции, мутаций и естественного отбора, генетического дрейфа и потока генов).
Отметим цитогенетический метод, применяемый в эволюционных исследованиях (с помощью него была доказана генетическая близость человека и высших приматов) и для диагностики хромосомных заболеваний. Сравнительно-генетический метод, или метод биомоделирования играющий огромную роль в медицинской генетике, позволяя определять генетические механизмы развития, причины и методы лечения наследственных заболеваний человека, обнаруживаемых и у животных. Ну и конечно важнейший на сегодняшний день молекулярно-генетический метод. Этот метод позволяет на молекулярном уровне изучать наследственную изменчивость и ее причины и конечно же заслуживает отдельной статьи.
Человек как вид и его эволюция
Последние века Homo sapiens sapiens как биологический вид, несомненно, прогрессирует – расширяется его ареал, увеличивается численность, обладает большим генотипическим разнообразием.
Так на заре своего существования, примерно 1,5 млн. лет назад, численность людей равнялась приблизительно 100 тыс., на начало новой эры – 100 млн., к XIX веку. – 1 млрд., а в XXI – 6 млрд.
В связи с темпами научно-технического прогресса, явно опережающего биологическую эволюцию человечества, возникает целый ряд глобальных проблем, в том числе и для человека как вида. Низкое давление естественного отбора ведет к увеличению генетического разнообразия, которое переходит на принципиально новый качественный уровень – а именно накапливаются биологически неблагоприятные наследственные изменения, чему в определенной степени способствует развитие медицины и этических учений. Так как лечение больных наследственными заболеваниями повышает шансы передачи потомкам дефектных аллелей генов, а, следовательно, с учетом не прекращающегося мутационного процесса число людей имеющих наследственные дефекты, хотя и медленно, но неуклонно возрастает. И на сегодняшний день примерно 5% новорожденных появляются с различными наследственными аномалиями.
Таким образом, по прошествии всего полутора веков существования генетика из опытов монаха августинца превратилась в сложную комплексную науку, интегрированную во все области биологической науки, являясь при этом величайшим примером единства науки и практики. Созданные и продолжающие развиваться и совершенствоваться, в последние годы, методы генетической биотехнологии и инженерии, позволяют по-иному решать множество коренных задач не только генетики и биологии, но и ряда других отраслей науки и промышленности. То, что когда-то могло показаться многим фантастикой, сейчас становится реальным, и даже повседневным делом.
Надеемся, что данная статья помогла интересующимся разобраться в генетике немного больше. Если Вам нужно срочно купить ответы на билеты по генетике и узнать, какого цвета будут глаза у Вашего будущего ребенка - обращайтесь за помощью к нашим авторам!
Читайте также: