На каких объектах проводил исследования т морган кратко

Обновлено: 06.07.2024

Чтобы подтвердить эту теорию, генетик провел несколько экспериментов с плодовой мушкой (Drosophila melanogaster). Его главным намерением было выяснить, верны ли теории Грегора Менделя и применимы ли они к животным.

Морган, у которого было тяжелое детство и юность, рано проявил интерес к науке, особенно к естественной истории. За свою профессиональную карьеру он участвовал в нескольких самых жарких научных дебатах того времени, от теории Дарвина до образования эмбрионов.

Даже на пенсии Морган продолжал проводить исследования по различным темам. После его смерти Американское генетическое общество учредило в его честь ежегодную награду за наиболее важные исследования в этой области: медаль Томаса Ханта Моргана.

биография

Томас Хант Морган родился 25 сентября 1866 года в Лексингтоне, Кентукки (США). По словам некоторых его биографов, у юного Томаса была очень тяжелая юность.

Исследования

Когда Томасу было 16 лет, он начал учиться в Государственном колледже Кентукки, ныне государственном университете. Его обучение в этот период было сосредоточено на естествознании, особенно на естествознании. Во время каникул он работал в Геологической службе США.

В 1866 году Морган закончил этот этап своего обучения со степенью бакалавра наук. В том же году летом он переехал в Массачусетс, чтобы поступить на биологическую школу. Именно в этом центре, принадлежавшем Университету Джона Хопкинса, он начал проявлять интерес к зоологии.

В течение следующих двух лет Морган опубликовал различные работы. Его интеллект позволил ему получить степень магистра наук в его старом центре в Кентукки, Государственном колледже. Он также предложил ему должность учителя. Однако Морган предпочел остаться у Джона Хопкинса.

Молодой Морган защитил диссертацию по эмбриологии морских пауков. Эта работа, которая была опубликована, принесла ему докторскую степень в 1890 году.

На вырученные от публикации диссертации деньги ученый совершил путешествие по Карибскому бассейну и Европе. В то же время он продолжал исследовать различные зоологические темы.

Карьера

В том же году, когда Морган получил докторскую степень, он получил предложение поработать учителем морфологии в школе Брин-Мор, центре, который является партнером Джона Хопкинса. Его работа заключалась в том, чтобы читать лекции пять дней в неделю, два раза в день. Это оставляло ему мало времени для исследований, деятельности, на которой он хотел сосредоточиться.

Поездка в Европу

Эта возможность заняться исследованием представилась ему в 1894 году, когда он переехал в Неаполь, чтобы провести серию исследований по эмбриологии гребневиков, жизненной формы почти микроскопических размеров.

В итальянском городе он познакомился с немецкими учеными. Они объяснили ему новые теории о механике развития, которые предполагали преодоление существовавших в XIX веке.

Одна из научных дискуссий того времени была посвящена развитию эмбрионов. Одна из теорий утверждала, что наследственный материал был разделен между эмбриональными клетками и что они позже стали специфическими частями организма.

Однако другие эксперты утверждали, что развитие было вызвано эпигенетическими факторами. Морган был сторонником второй гипотезы.

Колумбийский университет

После того, как Морган вернулся в Брин-Мор в 1895 году, он начал работать полный рабочий день. Так продолжалось до 1904 года, когда он получил предложение поступить в Колумбийский университет в качестве исследователя без необходимости преподавать.

Морган, который годом ранее опубликовал Эволюция иПриспособление в котором он противоречил некоторым тезисам Дарвина о механизмах национального отбора, он принял предложение.

Несколько лет спустя, в 1908 году, Морган начал свои эксперименты с плодовой мушкой. Используя химию и радиацию, он вызвал мутации в некоторых образцах. Результаты подтвердили теорию, установленную Саттоном и Бовери.

По окончании работы с плодовой мушкой ученый возобновил занятия по эмбриологии. Кроме того, он также исследовал, как передаются гены.

В 1915 году он участвовал в новой развивающейся научной дискуссии: евгеника и защита расизма от науки. Морган был против этих идей.

В последние годы

Спустя годы, в 1928 году, Морган возглавил факультет биологии Калифорнийского технологического института. В этой новой должности он проводил исследования в области генетики, физиологии, эволюции, эмбриологии или биофизики.

Морган проработал в этом учреждении до 1942 года, когда он вышел на пенсию. Тем не менее, он сохранил свою должность почетного профессора и, кроме того, продолжил исследования в некоторых областях.

Томас Хант Морган скончался от сердечного приступа 4 декабря 1945 года, когда ему было 79 лет.

Хромосомная теория наследственности

Хотя хромосомная теория наследования не была работой Моргана, именно его исследования подтвердили его постулаты.

Бовери и Саттон

Авторами теории были Теодор Бовери и Уолтер Саттон. Два исследователя, работая по отдельности, пришли к одним и тем же выводам в 1902 году.

Однако эта теория встретила серьезное сопротивление со стороны научного сообщества. Принятие было принято в 1915 году, когда Томас Хант Морган провел эксперименты, доказавшие правоту Саттона и Бовери.

Теория

Короче говоря, хромосомная теория наследования утверждает, что гены расположены в определенных местах внутри хромосом. Их поведение во время мейоза (одной из форм размножения клеток) объясняет законы наследования Менделя.

Авторы теории проанализировали гены, то есть те фрагменты ДНК, которые содержат наследственные факторы. До этих исследований уже было возможно доказать существование хромосом и то, что они реплицируются во время деления клеток. Однако благодаря Бовери и Саттон выяснилось множество других деталей.

Среди прочего, они обнаружили, что хромосомы образуют гомологичные пары, одна от матери, а другая от отца. Таким образом, каждая гамета дает человеку половину генетического материала.

Теория повысила понимание того, почему одни аспекты наследуются, а другие нет. Так, например, известно, что одна хромосома содержит информацию о разном поле, а другая - информацию о цвете глаз. Независимость каждой черты означает, что одни передаются, а другие - нет.

Подтверждение Моргана

Как уже отмечалось, сначала не была принята хромосомная теория.Морган, проведя свои эксперименты с плодовой мушкой, смог предоставить необходимые доказательства, чтобы продемонстрировать его достоверность.

Морган заметил, что когда произошел мейоз, были пары хромосом, которые могли обмениваться некоторыми эквивалентными фрагментами друг с другом. Таким образом произошел обмен фрагментами ДНК и, следовательно, произошла так называемая генетическая рекомбинация.

Проведенные эксперименты

Э. Уилсон, директор кафедры зоологии Колумбийского университета, в 1904 году убедил своего друга Томаса Ханта Моргана занять вновь созданную должность и заняться экспериментальной зоологией.

Аргумент Уилсона заключался в том, что необходимо понять, как происходит генетическая наследственность, чтобы понять развитие полноценного человека.

Морган принял предложение и начал экспериментировать с крысами и мышами. Однако характеристики этих животных были неадекватными. Вместо этого ученый остановил свой выбор на Drosophlia melanogaster, плодовой мушке.

У этого насекомого было множество преимуществ: его небольшой размер, позволяющий хранить тысячи в лаборатории; его плодовитость в течение года; и его огромная репродуктивная способность. Кроме того, было очень легко различать самцов и самок, а их эмбриональное развитие происходит вне. Последние облегчили изучение мутаций.

Последней причиной выбора плодовой мушки была ее простота: у нее всего четыре пары хромосом.

Морган начал свой эксперимент в 1907 году. Первоначально он намеревался поддерживать колонию мух только в течение нескольких поколений, пока не произойдет мутация. Однако следующие два года не принесли результатов.

Белые глаза

Насекомое было самцом, и Морган использовал его для осеменения нескольких самок. Его цель состояла в том, чтобы проверить, передалась ли мутация новым поколениям. Однако у всего потомства глаза оставались красными.

Наследование, сцепленное с полом

Результаты исследований привели Моргана к выдвижению гипотезы о связи наследственности с полом. Таким образом, ученый подтвердил наличие признаков, связанных с X-хромосомой матери.

Для Моргана все эти гены были частью хромосом. Все вместе они сформировали индивидуальную и видовую генетическую наследственность.

Прочие взносы

Томас Х. Морган продолжал работать с хромосомами, чтобы еще лучше понять, как происходит генетическое наследование. Для этого он нарисовал линейные карты хромосом, в которых каждый ген находился в определенной позиции. В итоге выяснилось, что гены, ответственные за передачу характеристик, выстраиваются внутри каждой хромосомы.

Это исследование было представлено в книге, ставшей справочником по современной генетике: Механизм менделевского наследования.

Теория генов

В 1926 году Морган представил свою теорию генов. Это утверждало, что гены связаны в разных цепных группах. Аллели (пары генов, относящиеся к одной и той же генетической характеристике) всегда обменивались или скрещивались внутри одной группы. Это открытие принесло ему Нобелевскую премию 1933 года по физиологии и медицине.

Томас Морган стал лауреатом Нобелевской премии в области физиологии и медицины в 1933 году, сделав открытие, которое до сих пор является одним из базовых в генетике. Он провел ряд экспериментов на плодовых мушках дрозофилах и показал всю важность хромосом в передаче наследственных признаков через поколения.

В чем заключался опыт Моргана?

Для своего эксперимента он отобрал 2-х мушек: самку с серым окрасом и нормальными крыльями и более темного самца с короткими и недоразвитыми крыльями. Первое поколение, родившееся после скрещивания, имело доминантные признаки для данного вида: серый цвет и нормальные крылья. Эти два гена находятся в одной из 8 хромосом мушки и имеют так называемую сцепленную наследственность.

Большинство потомков будет иметь доминантные гены гомозиготной мушки. Однако некоторые потомки будут отличаться. Это явление называется кроссинговер и представляет собой обмен гомологичными участками гомологичных хромосом. В этом случае хроматиды разрываются и сцепляются в новом порядке. Этот механизм является одним из важнейших в естественном отборе, и благодаря нему, появляются новые комбинации аллелей в генах.

Какой вывод сделал Морган и в чем суть его закона?

Из выше приведенных исследований Морган установил, что кроме редких случаев кроссинговера, гены, которые располагаются в соседних локусах, наследуются вместе, а количество таких комплексов равно гаплоидному набору хромосом. Например, у человека их 23.

Чем ближе расположены друг от друга отдельные гены, тем выше вероятность их сцепленного наследования.

В настоящее время исследования в области генетики шагнули далеко вперед, но так было не всегда. Сейчас во всех учебниках по биологии хромосомная теория наследственности подробно описана и дает исчерпывающее представление о наследственных отклонениях. Становление хромосомной теории длилось почти двести лет. По большей части она основывалась на изучении генетических вариаций в организме.

Начало исследования

Основные исследования начались в конце XIX века. Можно выделить два этапа развития хромосомной теории наследственности:

Опыты и первая теория Менделя.
Доказательства, полученные Морганом.

Теория наследственности впервые была озвучена в начале XX века. Наибольший вклад в её развитие внесли немецкий эмбриолог Теодор Генрих Бовери и известный американский зоолог-генетик Томас Хант Морган. Именно Морган разработал основные аспекты теории наследственности, автором которой он впоследствии и стал.

Хромосомная теория наследственности началась с выявления генетики пола хромосом, которые обнаружили в конце XIX века. На тот момент еще было мало, что понятно и открытие стало настоящим прорывом в области биологии.

Стоит назвать имена Уолтера Саттона и Теодора Бовери, которые в 1903 году выявили своеобразную закономерность, обнаружив параллель во взаимодействии генов и хромосом. Подобные наблюдения легли в основу гипотезы, касающейся расположения генов непосредственно в хромосомах.

Первые опыты

Спустя несколько лет, предположения У. Саттона и Т. Бовери были экспериментально доказаны Т. Морганом. На базе Колумбийского университета группа ученых провела ряд генетических экспериментов, на основании которых они обосновали линейное расположение генов в хромосомах. Морган установил, что гены, находящиеся на одной хромосоме, наследуются сцепленно и могут нарушаться только за счет пересечения генов, в результате которого происходит обмен участками гомологичных хромосом.

Т.Морган использовал опыт предшественников, который вкупе с собственными экспериментами позволил ему создать прочный фундамент Теории наследственности хромосом. В то время многим исследователям было непонятно, на каких объектах проводил исследования Т. Морган. Достигнутые результаты впечатляли.

В 1909 году ученый провел эксперименты на плодовой мушке Drosophila melanogaster, в результате которых он обнаружил всевозможные мутации, появившиеся после лабораторного разведения мушки. Суть опытов заключалась в том, что ученый-генетик брал мушку, имеющую недоразвитые крылья и черный цвет брюшка, и скрещивал с полностью сформированной дрозофилой, у которой брюшко было совершенно иного окраса. В итоге формировался гибрид с генами-доминантами. В случае дрозофилы получался объект серого цвета с вполне развитыми крыльями.

Позже Морган обнаружил, что подобные результаты имеют место лишь тогда, когда гены соединены друг с другом. На примере мушки — это структурная единица, отвечающая за цвет брюшка и ген, который напрямую влияет на общее развитие крыльев. Именно тогда были сформулированы первые положения, касающиеся сцепления генов. Морган установил, что оно могло быть полным и неполным. В тот момент еще никто не понимал, какова же роль результатов исследований на мушках дрозофилы.

Исследования Моргана продолжались несколько лет и вылились в ряд постулатов, которые он выделил несколько позднее. Ученый окончательно подтвердил первоначальную гипотезу предшественников, согласно которой гены расположены в хромосоме в линейной последовательности по отношению друг к другу. По сути, наибольшая часть положений хромосомной теории основывалась на многолетних опытах Моргана и его коллег, которые они проводили на маленьких насекомых.

В результате многочисленных эмпирических исследований и проведенных анализах, которые за десятки лет кропотливой работы сформировали ряд положений, ученые обобщили и структурировали полученную информацию, связанную с наследственной передачей хромосом.

Ученые подробно проанализировали явления наследования путем сцепления с генетическими картами. Позже кратко были выделены основные положения хромосомной теории.

Гены находятся в хромосомах и расположены в строгом линейном порядке.
Различные по своей природе хромосомы хранят неодинаковое число генов. Кроме того, набор генов в каждой хромосоме уникален и обладает своими особенностями.
Всевозможные формы одного и того же гена занимают одинаковые местоположения в гомологичных хромосомах.
Гены в одной хромосоме пребывают и наследуются в сцепленном порядке.
Частота пересечений генов соразмерна расстоянию между ними.
Сцепление может нарушиться в результате кроссинговера (пересечения).

Значение открытия

Хромосомная теория Моргана, открытая им и его соратниками, повлияла на дальнейшее развитие генетики. Благодаря их трудам, ученые знают, что гены являются структурной основой хромосомы. Имея представление о том, как устроены сцепленные единицы, можно понять отклонения в наследовании и в дальнейшем на них воздействовать.

Согласно III закону Менделя, наследование по каждой паре признаков идет независимо друг от друга. Но этот закон справедлив лишь для случая, когда неаллельные гены расположены в негомологичных хромосомах (одна пара генов – в одной паре гомологичных хромосом, другая – в другой). Однако генов гораздо больше, чем хромосом, следовательно, в одной паре гомологичных хромосом всегда находится более одной пары генов (их может быть несколько тысяч). Как же наследуются признаки, гены которых находятся в одной хромосоме или в одной паре гомологичных хромосом? Такие признаки принято называть "сцепленными".

В качестве объекта своих исследований Т. Морган выбрал плодовую мушку дрозофилу. Выбор оказался очень удачным ввиду следующих положительных качеств дрозофилы:

· легко культивируется в лаборатории;

· имеет высокую плодовитость (откладывает до 100 яиц);

· короткий период развития – продолжительность цикла развития от яйца до половозрелой особи составляет две недели (в году 24 поколения!);

· небольшое число хромосом (четыре пары), четко отличающихся по строению.

В настоящее время дрозофила является незаменимым объектом генетических исследований.

Т. Морган анализировал скрещиваемых мух по двум парам генов, определяющих цвет тела и длину крыльев:

A– ген серого цвета тела,

a– ген черного цвета тела;

B – ген, определяющий нормальную длину крыльев,

b– ген, определяющий укороченные крылья.

I опыт. Скрещивались мухи, гомозиготные по доминантным генам, с особями, гомозиготными по рецессивным генам:

P. AABB´aabb

Все потомство оказалось единообразным по генотипу и фенотипу, что соответствует I закону Менделя – закону единообразия.

II опыт – анализирующее скрещивание. Гетерозиготные самцы скрещивались с гомозиготными по рецессивным признакам самками:

P. ♂AaBb ´♀aabb

В потомстве получились мухи с двумя фенотипами (серые длиннокрылые и черные короткокрылые) в соотношении 1:1. Это означает, что у самца было только два сорта гамет. Образование двух сортов гамет объяснялось тем, что в данном случае неаллельные гены располагались в одной паре гомологичных хромосом. Признаки, контролируемые этими генами, были названы сцепленными.

Ш опыт –реципрокное (возвратное) скрещивание. Гетерозиготная самка скрещивалась с гомозиготным по рецессивным признакам самцом:

P. ♀AaBb´♂aabb

В потомстве оказались мухи с четырьмя фенотипами в следующем соотношении:

41,5% - серые длиннокрылые,

41,5% - черные короткокрылые,

8,5% - серые короткокрылые,

8,5% - черные длиннокрылые.

Появление в потомстве четырех фенотипов означает, что у самки, в отличие от самца, образовалось четыре сорта гамет. Появление двух дополнительных сортов гамет Морган объяснил явлением кроссинговера – обменом идентичными участками гомологичных хромосом во время профазы первого мейотического деления. Причем кроссинговер наблюдался в 17% случаев. Вероятно, у самцов кроссинговер отсутствует.

На основании проведенных опытов Морган сформулировал основныеположения хромосомной теории наследственности:

· Гены расположены в хромосомах в линейном порядке(как бусинки нанитке).

· Гены, расположенные в одной хромосоме, наследуются вместе и образуют одну группу сцепления. Признаки, определяемые этими генами, называются сцепленными.

· Число групп сцепления у каждого вида равно гаплоидному набору хромосом.

· Гомологичные хромосомы способны обмениваться гомологичными участками. Такое явление получило название "кроссинговер".

· Частота явления кроссинговера прямо пропорциональна расстоянию между генами.

В последующем за единицу расстояния между генами была принята морганида, или сантиморган. 1 сантиморган соответствует 1% явления кроссинговера. Таким образом, у дрозофилы расстояние между генами, определяющими длину крыльев и цвет тела, равно 17 сантиморган.

Используя явление кроссинговера, ученые составили генетические карты, в первую очередь для объектов генетических исследований (дрозофила, кишечная палочка, кукуруза, томаты, мышь). Составляются такие карты и для человека, правда, с помощью других методов. Установлено, например, что ген, определяющий резус-фактор, находится на расстоянии трех сантиморган от гена, определяющего форму эритроцитов; ген группы крови (по системе АВ0) – на расстоянии 10 сантиморган от гена, определяющего дефект ногтей и коленной чашечки.