Основные стадии развития генетики

Стадии развития генетики

Генетика занимает центральное место среди биологических дисциплин, так как занимается исследованием наследственной передачи признаков и появлением новых свойств у живых организмов. Эта наука посвящена выявлению закономерностей и материальному обеспечению процессов наследственности и изменчивости, а также изучению механизмов эволюционного развития.

Изменчивость — это характерное для живых существ качество, противопоставляемое наследственности: оно позволяет появляться новым признакам, возникающим в результате влияния окружающей среды либо мутаций в наследственном материале.

В последние десятилетия развитие генетики занимает ведущие позиции в кругу современных биологических наук. Благодаря большим объёмам исследований на различных видах организмов удалось выявить основные правила наследования, что позволило разделить становление данной области на три исторических этапа.

Первая стадия: Формирование классической генетики

Зарождение науки следует отнести к 1865 году, когда Грегор Мендель, исследуя горох, на практике доказал дискретную, а не смешанную передачу признаков от родителей к потомкам. Им был предложен особый метод — гибридологический анализ, который позволил выявить основные закономерности передачи признаков по поколениям. Это положило начало развитию генетики как самостоятельной отрасли.

Согласно Менделю, отдельные характеристики организма контролируются особенными единицами — наследственными факторами, впоследствии получившими имя "гены". Эти элементы не растворяются при оплодотворении, а самостоятельно перемещаются к потомкам при формировании новых половых клеток.

Тем не менее в XIX веке работы Менделя остались практически незамеченными, поскольку были слишком новаторскими для тогдашней науки. О значимости его открытий вспомнили только к началу XX века, когда исследования Гуго де Фриза, Карла Корренса и Эриха Чермак подтвердили полученные Менделем закономерности, что привело к их повторному открытию и признанию.

Эксперименты по скрещиванию, пережившие повторное осмысление в начале 1900-х, доказывают универсальность менделевских постулатов для разных видов, размножающихся половым путём. Эти открытия легли в основу генной теории, ускорив развитие генетики как ключевого направления в биологии.

Вторая стадия: Появление хромосомной теории

В ходе развития генетики наступил период, когда внимание учёных переключилось на клеточные механизмы наследования. Появилась цитогенетика — область, объединившая классические знания о признаках и современные представления о строении клеток.

Между 1902 и 1907 годами учёные Теодор Бовери, Уолтер Сэттон и Эдмунд Вильсон показали, что двигатель клеточного деления (митоз) и созревания половых клеток (мейоз) напрямую связан с распределением наследственных элементов в хромосомах. Эта связь как раз и лежит в основе менделевских законов — теперь уже на клеточном уровне.

Развитие учения о строении клетки помогло уточнить формулу, очертания и число хромосом у представителей разных видов. Было доказано, что каждая наследственная особенность связана с определённым участком хромосомы, а, значит, ген — это структурная часть хромосомной цепи, из-за чего появилась хромосомная теория наследственности.

Огромное влияние на этот этап оказали опыты Томаса Моргана и его лаборатории на плодовых мушках дрозофилах (1910–1911 годы). В результате был обнаружен ряд фундаментальных фактов:

• Гены размещаются на хромосомах строго упорядоченно по линии.
• Все гены внутри одной хромосомы образуют "группу сцепления" и передаются потомкам чаще всего совместно.
• Количество групп сцепления соответствует набору парных хромосом у вида.
• Группы сцепления нарушаются благодаря кроссинговеру — обмену фрагментами между гомологичными хромосомами, что приводит к появлению новых комбинаций признаков.

Кроме того, в этот период были раскрыты закономерности определения пола и наследования признаков, связанных с половыми хромосомами.

Третья стадия: Развитие молекулярной генетики и биотехнологий

Дальнейшее развитие генетики связано с молекулярно-биологическим этапом — углублённым анализом основы жизни на уровне макромолекул и их комплексного воздействия на биологические процессы. Учёные стали широко использовать физико-химические методы, а модельными объектами выбирали простейшие микроорганизмы — грибы, бактерии, вирусы.

Исследования Джорджа Бидла и Эдуарда Тейтума в 1940-х годах помогли сформулировать концепцию "один ген — один фермент". Согласно ей, каждый ген отвечает за синтез одного специфического фермента, осуществляющего определённую реакцию из всех обменных процессов, благодаря которым возникает и внешний вид, и физиология организма. Эта концепция оказалась одним из ключей к разгадке физической сущности гена и принципов передачи информации.

Свойство ДНК к точному воспроизведению, а также возможность ошибок при копировании, объясняют явление мутаций. Эти изменения, появившись однажды, фиксируются и переходят по наследству новым клеткам, формируя неизменную или изменчивую структуру наследственного материала. В дальнейшем генетический код был расшифрован, а механизм синтеза белка в клетке — подробно изучен.

Развитие генетики позволило создать методы целенаправленного искусственного получения мутаций и вывода новых видов растений и штаммов микроорганизмов, что обеспечило прогресс в сельском хозяйстве, фармацевтике и медицине. Появилось новое научное направление — генная инженерия.

Её теоретической основой является универсальность генетического кода: триплеты нуклеотидов в цепи ДНК кодируют аминокислоты у всех форм жизни — от микроорганизмов до человека. Это означает, что сегодняшние открытия в молекулярной биологии позволяют "вынимать" нужный ген из одного организма и "встраивать" его в геном другого, открывая безграничные перспективы для медицинских разработок и селекции новых организмов.