Сучасні проблеми розвитку генетики

Генетика з права може вважатися однією з найважливіших областей біології. Протягом тисячоліть людина користувався генетичними методами підвищення свійських тварин і возделываемых рослин, які мають уявлення про механізми, що у основі цих методів. Судячи з різноманітним археологічним даним, вже 6000 років як розв’язано люди розуміли, що деякі фізичні ознаки можуть передаватися від однієї покоління іншому. Добираючи певні організми з природних популяцій і схрещуючи їх між собою, людина створював поліпшені сорти рослин i породи тварин, котрі володіли потрібними йому свойствами.

Однак тільки початку XX в. вчені почали усвідомлювати повною мірою важливість законів спадкоємності та її механізмів. Хоча успіхи мікроскопії дозволив встановити, що спадкові ознаки передаються з покоління в покоління через сперматозоїди і яйцеклітини, залишалося незрозумілим, яким чином частинки протоплазми можуть нести у собі «задатки» того величезної кількості ознак, у тому числі складається окремий организм.

Перший справді науковий крок уперед у вивченні спадковості було зроблено австрійським ченцем Грегором Менделем, що у 1866 р. статтю, заложившую засади сучасної генетики. Мендель показав, що спадкові задатки не змішуються, а передаються від батьків нащадкам як дискретних (відособлених) одиниць. Ці одиниці, представлені у особин парами, залишаються дискретними і передаються наступним поколінням чоловічих і жіночих гаметах, кожна з яких містить за однією одиниці з кожної пари. У 1909 р. датський ботанік Иогансен назвав ці одиниці гедам", а 1912 р. американський генетик Морган показав, що вони у хромосомах. З того часу генетика досягла великих б у поясненні природи спадкоємності на рівні організму, на рівні гена.

1. Природа генов.

Вивчення спадковості віддавна було з преставлением про її корпускулярної природі. У 1866 р. Мендель висловив припущення, що ознаки організмів визначаються наследуемыми одиницями, що він назвав «елементами». Пізніше їх почали називати «чинниками» і, нарешті, генами; засвідчили, що гени перебувають у хромосомах, із якими і передаються від однієї покоління до другому.

Попри те що, що вони багато відомо про хромосомах і структурі ДНК, дати визначення гена дуже важко, поки що вдалося сформулювати лише три можливих визначення гена: а) ген як одиниця рекомбинации.

З своїх робіт з побудові хромосомних карт дрозофіли Морган постулював, що ген — це найменший ділянку хромосоми, який то, можливо відділений від прилеглих щодо нього ділянок внаслідок кроссинговера. Відповідно до цього визначенню, ген є велику одиницю, специфічну область хромосоми, визначальну той чи інший ознака організму; б) ген як одиниця мутирования.

Через війну вивчення природи мутацій було встановлено, що зміни ознак виникають внаслідок випадкових спонтанних змін — у структурі хромосоми, в послідовності підстав чи навіть одному підставі. У цьому сенсі можна було говорити, що ген — це одна пара компліментарних підстав в нуклеотидної послідовності ДНК, тобто. найменший ділянку хромосоми, здатний зазнати мутацію. в) ген як одиниця функции.

Оскільки було відомо, що з генів залежать структурні, фізіологічні і біохімічні ознаки організмів, запропонували визначати ген як найменший ділянку хромосоми, що обумовлює синтез певного продукта.

1.1 Короткий виклад суті гіпотез Менделя.

1. Кожен ознака даного організму контролюється парою аллелей.

1. Якщо організм містить два різних аллеля для даного ознаки, то них (домінантний) може виявлятися, повністю пригнічуючи прояв іншого (рецессивного).

1. При мейозе кожне подружжя алелів поділяється (розщеплюється) й кожна гамета отримує однієї зі кожної пари алелів (принцип расщепления).

1. При освіті чоловічих і жіночих гамет до кожної зі них може потрапити кожен аллель з однієї пари разом із будь-якою іншою з іншої пари (принцип незалежного распределения).

1. Кожен аллель передається з покоління до покоління як дискретна не постійно змінювана единица.

1. Кожен організм успадковує за одним аллелю (кожному за ознаки) від транспортування кожної з батьківських особей.

1.2 Изменчивость.

Мінливістю називають всю сукупність відмінностей тому чи іншому ознакою між організмами, які належать лише до й тієї природної популяції чи виду. Вражаюче морфологічне розмаїтість особин в межах будь-якого виду привернула увагу Дарвіна і Уоллеса під час їхньої подорожей. Закономірний, передбачуваний характер передачі таких відмінностей у спадок послужив підвалинами досліджень Менделя. Дарвін встановив, що існують певні ознаки можуть повинна розвиватися у результаті відбору, тоді як Мендель пояснив механізм, який би передачу з покоління до покоління ознак, якими ведеться отбор.

Мендель описав, як спадкові чинники визначають генотип організму, що у процесі розвитку проявляється у структурних, фізіологічних і біохімічних особливостях фенотипу. Якщо фенотипическое прояв будь-якого ознаки зумовлено зрештою генами, контролюючими цей ознака, то, на ступінь розвитку певних ознак може вплив середовище. Вивчення фенотипических відмінностей у кожній великій популяції показує, що є дві форми мінливості - дискретна і безперервна. Для вивчення мінливості будь-якого ознаки, наприклад зростання людини, необхідно виміряти цей ознака із значної числа індивідуумів в досліджуваної популяції. Результати вимірів подають як гистограммы, що відбиває розподіл частот різних варіантів цієї ознаки в популяції. На рис. 4 представлені типові результати, одержувані при таких дослідженнях, і вони наочно демонструють різницю між дискретної і безупинної изменчивостью.

1.3 Вплив среды.

Головний чинник, детерминирующий будь-який фенотипический ознака, — це генотип. Генотип організму визначається момент запліднення, але ступінь наступної експресії цього генетичного потенціалу до значною мірою залежить від зовнішніх чинників, які впливають на організм під час його розвитку. Приміром, використаний Менделем сорт гороху з довгою стеблом зазвичай сягав висоти 180 див. Проте цього їй необхідні були відповідні умови — висвітлення, постачання води й добра грунт. При відсутності оптимальних умов (за наявності лимитирующих чинників) ген високого стебла було повною мірою проявити свою дію. Ефект взаємодії генотипу і внутрішніх чинників середовища продемонстрував датський генетик Иогансен. У багатьох експериментів на карликовою квасолі він вибирав з кожного покоління самоопылявшихся рослин найважчі і найлегші насіння і висаджував їх задля отримання для наступного покоління. повторюючи ці експерименти протягом кілька років, то побачив, що протягом «важкої» чи «легкої» селекційної лінії насіння мало розрізнялися за середнім вазі, тоді як вагу насіння із різних ліній сильно розрізнявся. Це дозволяє вважати, що у фенотипическое прояв ознаки впливають як спадковість, і середовище. З цих результатів можна визначити безперервну фенотипическую мінливість як «кумулятивний ефект варьирующих чинників середовища, які впливають на вариабельный генотип». Крім того, цих результатів показують, що ступінь наследуемости даного ознаки визначається першу чергу генотипом. Щодо поступу таких суто людських якостей, як індивідуальність, темперамент і інтелект, то, судячи з які є даним, вони залежать як від спадкових, і від средовых чинників, які, взаємодіючи в різного рівня в різних індивідуумів, впливають на остаточне вираз ознаки. Саме це розбіжності у тих і інших чинниках створюють фенотипічні різницю між індивідуумами. Ми ще маємо даними, які твердо вказували на те, що вплив якихось з цих факторів завжди переважає, проте середовище будь-коли може вивести фенотип межі, детермінований генотипом.

1.4 Джерела изменчивости.

Необхідно чітко уявляти собі, що взаємодія між дискретної і безперервного мінливістю і середовищем уможливлює існування двох організмів з ідентичним фенотипом. Механізм реплікації ДНК при митозе настільки близький досконалості, можливості генетичної мінливості організмів з безстатевим розмноженням дуже малі. Тому будь-яка видима мінливість таким організмів майже напевно обумовлена впливами довкілля. Що ж до організмів, розмножуються статевим шляхом, то вони мають широкі змогу виникнення генетичних відмінностей. Практично необмеженими джерелами генетичної мінливості служать процеси, що відбуваються в час мейоза:

1. Реципрокный обмін генами між хроматускинути гомологичных хромосом, котрі можуть відбуватися в профазе 1 мейоза. Він створить нові групи зчеплення, тобто. служить важливим джерелом генетичної рекомбінації аллелей.

2. Орієнтація пар гомологичных хромосом (бивалентов) в екваторіальній площині веретена в метафазе I мейоза визначає напрям, у якому всі члени пари переміщатиметься в анафазе I. Ця орієнтація носить випадковий. Під час метафазы II пари хроматид зновутаки орієнтується випадково, і цим визначається, до якого з двох протилежних полюсів попрямує та чи інша хромосома під час анафазы II. Випадкова орієнтація і наступне незалежне розбіжність (сегрегація) хромосом дають можливість велика кількість різних хромосомних комбінацій в гаметах; число це можна зробити подсчитать.

Третій джерело мінливості при статевому розмноженні - те, що злиття чоловічих і жіночих гамет, що веде до об'єднання двох гаплоидных наборів хромосом в диплоидном ядрі зиготи, цілком випадковим чином (у разі, теоретично); будь-яка чоловіча гамета потенційно здатна злитися з кожного жіночої гаметой. Ці три джерела генетичної мінливості і забезпечують постійну «перетасовку» генів, що лежить основу що відбуваються постійно генетичних змін. Середовище впливає все ряд які утворюються таким чином фенотипів, і з них, які найкраще пристосовані до цієї середовищі, процвітають. Це призводить до змін частот алелів і генотипів в популяції. Але ці джерела мінливості не породжують великих змін в генотипі, необхідних, відповідно до еволюційної теорії, для виникнення нових видів. Такі зміни творяться у результаті мутаций.

1.5 Роль генів у развитии.

Роль генів у розвитку організму величезна. Гени характеризують все ознаки майбутнього організму, такі, як колір очей та шкіри, розміри, вага і багато іншого. Гени є носіями спадкової інформації, на основі якої розвивається организм.

2. Эволюция.

Історія Землі, від часу появи у ньому органічного життя і по появи у ньому людини, поділяється втричі великих періоду — ери, різко відмінні одна одної, і які мають названия:

. Палеозой — давня жизнь,.

. Мезозой — средняя.

. Неозой — нове життя. У тому числі найбільший за часом — палеозой, він іноді поділяється на дві частини: ранній палеозой і пізній, оскільки астрономічні, геологічні, кліматичні і флористичні умови пізнього суттєво різняться від раннього. У входять: кембрійський, силурийский і девонський періоди, у другий — кам’яновугільний і пермський. До палеозою була архейська ера, але ще був життя. Перша життя в Землі - це водорості і взагалі рослини. Перші водорості зародилися воді: так представляється сучасної науці виникнення першої органічного життя, і тільки згодом з’являються молюски, які харчуються водоростями. Водорості переходить до наземну траву, гігантські трави переходить до травовидные дерева палеозою. У девонський період Землі з’являється бурхлива рослинність, а воді - життя у вигляді її дрібних представників: найпростіших, трилобітів тощо. Теплий клімат — по всьому земній кулі, оскільки немає ще сучасного неба з його сонцем, місяцем, і зірками; усе було покрито густим, слабопроницаемым, потужним туманом із водяних парів, ще колосальному кількості оточуючих землі і тільки п’яту частину осіла в водні басейни океанів. Земля несеться в холодному світовому просторі, але вона була в теплу, непроникну оболонку. У результаті парникового (оранжерейного) ефекту весь ранній палеозой, навіть і кам’яновугільний період, має тепловодную флору і фауну у всій землі: і Шпіцбергені, й у Антарктиці - скрізь поклади кам’яного вугілля, що є продуктом тропічного лісу, скрізь була тепловодная морська фауна. Тоді промені сонця не проникали безпосередньо на грішну землю, але заломлювалися під відомим кутом через пари висвітлювали її інакше, що тепер: ніч не така темній і такий довгою, а день інакшим яскравим. Доба були коротше нинішніх. Немає ні зими, ні літа, ще немає астрономічних і геофізичних причин при цьому. Поклади кам’яного вугілля складаються з дерев, які мають річних кілець, їх структура трубчаста, як в трави, а чи не кільцева. Отже, пір року не було. І кліматичних поясів, теж через парникового ефекту. Сучасна палеонтологія вже вивчила всі види живих організмів кембрійського періоду: близько тисячі різних видів молюсків, але є підстави вважати, що таки перша рослинність і навіть перші молюски з’явилися наприкінці архейської ери. Наступний, силурийский період, кількість молюсків збільшується до 10 000 різновидів, а девонський період з’являються двоякодышащие риби, тобто риби, які мають хребта, але покриті панциром, як перехідна форма від молюсків до рибам. Вони дихали і зябрами, та легенями. Вони роблять спробу перетворитися на мешканців суші, але з їм доводиться здійснити це. Перехід з моря на суходіл виконають амфібії, з класу хребетних типу земноводних ящурів. Перший представник ящурів — археозавр — з’являється у кінці палеозою, розвиток одержує у початку мезозойської ери, в тріасовий період. Відмітні властивості палеозою: 1) Світло ні відділений від пітьми, проміжне стан, середнє між світлом і темрявою, між вдень і вночі, частково продовжується на початок карбону. 2) На небі був видно світил 3) Немає пір року і кліматичних поясів Докази: 1) відсутність річних кілець на деревах палеозою, окрім останнього, пермського періоду, коли вперше з’являються 2) зникнення відтоді всіх травовидных дерев з трубчастої структурою стовбура 3) поширення тропічної рослинності на всю поверхню землі, включаючи полюси 4) така сама теплолюбивая фауна у всій землі 5) освіту у гігантських кількостях покладів кам’яного вугілля, як наслідок загибелі травовидных лісів, не пристосованих до прямим променям сонця і, природно обвуглілих і загинули від ультрафіолету і сонячної радіації, як обвуглюється трава в спекотне літо при посухи 6) з пермського періоду з’являються кліматичні пояса 7) розподіл пізніх флори і фауни, по-різному пристосувалися до кліматичним поясам. Є дещо інших пояснень цих явищ, але наскільки вони переконливі, можна судити із наступного: а) Теорія відхилення земної осі категорично спростовується астрономією б) Теорія переміщення полюсів з допомогою материків, плаваючих у розпеченій магмі (теорія Вегенера), цілком правдоподібна, але, щоб рух була пов’язана з полюсів на екватор, протилежно руху Землі, малоймовірно, чи, у разі, суперечить фізичним законам. З іншого боку, те ж саме щось пояснює, оскільки все флора і фауна на всій земній кулі в палеозое тепловодная, майже тропічна. Далі, як ув’язати це пояснення із повною відсутністю річних кілець до пермського періоду? Наступному періоду у житті Землі відповідає вся мезозойська ера, то є періоди: тріасовий, юрський і крейдової. Це був розквіт тваринного царства. Найрізноманітніші і вигадливі форми рептилій населяли Землю. Вони повинні були як і морях, і суші й у повітрі. Слід зазначити, що все клас комах з’явився ще кінці палеозою, причому вони були під багаторазово крупніша, ніж їх сучасні потомки.

Перші птахи з’являються у юрський період. Розмножувалися як кількісно, а й у різноманітні види. У жодного виду птахів народжувалися пташенята відносини із своїми особливостями, яка давала початок новому виду птахів, у що у своє чергу з’являлися пташенята, ні ними схожі. Так розвивався різноманітний світ живих істот. У деякі моменти були абсолютно дивовижні метаморфози. Палеонтологи знає чимало екземпляри різних щаблів у розвитку птахів та ні одного проміжного виду з-поміж них: це птеродактилі, археоптерикси і цілком що розвинулася в птахи. Птеродактилі - це полуптицы, полурептилии. Це ящір, яка має сильно розвинулися пальці лап та між ними з’явилися плівки, як в кажана миші. Але наступне покоління, яке зберегло хоча б довгий хребет, з обох боків від якої зросли пера, різко відрізняється від попередників. Тулуб і крила вкрилися пір'ям, але крилах залишилися пазурі для цепляния за галузі. Голова археоптерикса — морда звіра, успадкована від птеродактиля, з гострими великими зубами і м’якими губами. І лише наступному поколінні відпадає хребетний хвоста й голова стає головою птахи з дзьобом. Настає остання ера — неозойская. Вона містить у собі третинний і льодовиковий (четвертинний) періоди. Людина з’являється до кінця льодовикового періоду. Саме неозойскую еру з’явилися ссавці. Це майже сучасний нам світ тварин. Фауну на той час за певної міри побачити у Африці, якої торкнувся льодовик. Найбільшим питанням для багатьох запитання про мавпах. Переважна частина вчених схильні вважати, що мавпа у разі може бути попередником людини; та деякі кажуть, що має бути якийсь загальний предок. Але цієї спільної предка доки знайшли. Усі піввікові еволюційні відкриття «попередника» забувалися, як непереконливі. Він відкривався кілька десятків раз, що саме собою свідчить, що попередні відкриття були ложными.

2.1. Докази єдності походження органічного світу. 1. Усі організми, чи це віруси, бактерії, рослини, тварини чи гриби, мають дивовижно близький елементарний хімічний склад. 2. У всіх особливо значної ролі в життєвих явищах грають білки, й нуклеїнові кислоти, що побудовані за єдиному принципу і з подібних компонентів. Високий рівень подібності можна знайти у будову біологічних молекул, а й у способі функціонування. Принципи генетичного кодування, біосинтезу білків і нуклеїнових кислот єдині для живого. 3. У основної маси організмів у ролі молекул-аккумуляторов енергії використовується АТФ, однакові також механізми розщеплення цукрів і основний енергетичний цикл клітини. 4. Большинство організмів мають клітинне строение.

2.2 Эмбриологические докази эволюции.

Отечественные й іноземні незалежні учені виявили й повернули глибоко вивчили подібності початкових стадій ембріонального розвитку тварин. Усі багатоклітинні тварини відбуваються у ході індивідуального розвитку стадії бластулы і гаструлы. З особливою виразністю виступає подібність ембріонального стадій не більше окремих типів чи класів. Наприклад, в усіх наземних хребетних, також і у риб, можна знайти закладання зябрових дуг, хоча ці освіти немає функціонального значення і дорослі організмів. Таке подібність ембріональних стадій пояснюється єдністю походження всіх живих организмов.

2.3 Морфологічні докази эволюции.

Особливої цінності як доказ єдності походження органічного світу представляють форми, поєднують у собі ознаки кілька великих систематичних одиниць. Існування таких проміжних форм зазначає, що у колишні геологічні епохи жили організми, є родоначальниками кількох систематичних груп. Наочним прикладом цієї може бути одноклітинний організм эвглена зелена. Вона одночасно має ознаки, типові для рослин i для найпростіших животных.

Будова передніх кінцівок деяких хребетних попри виконання цими органами цілком різних функцій, в принципових рисах будова подібні. Деякі кістки в скелеті кінцівок можуть відсутні, інші - зростатися, відносні розміри кісток можуть змінюватися, та їх гомология є очевидною. Гомологичными називаються такі органи, що розвиваються з однакових ембріональних зачатків подібним образом.

Деякі органи, чи їх останній частині не функціонують і дорослі тварин і для них зайвими — це звані рудиментарні органи, чи рудименти. Наявність рудиментів, як і і гомологичных органів, теж свідчення спільності происхождения.

Палеонтологические докази эволюции.

Палеонтология свідчить про причини еволюційних перетворень. У цьому вся відношенні цікава еволюція коней. Зміна клімату Землі призвело до зміну кінцівок коня. Паралельно зміни кінцівок відбувалося перетворення всього організму: збільшення розмірів тіла, зміни форми черепа і ускладнення будівлі зубів, виникнення властивого травоїдним ссавцям травного тракту і що другое.

Через війну зміни зовнішніх умов під впливом природного відбору сталося поступове перетворення дрібних пятипалых всеїдних тварин за великих травоїдних. Найбагатший палеонтологічний матеріал — одне з переконливих доказів еволюційного процесу, що триває на планеті більше трьох мільярдів лет.

Биогеографические докази эволюции.

Яскравим свідченням що відбулися та еволюційних змін є поширення тварин і звинувачують рослин поверхнею нашої планети. Порівняння тварини рослинного світу різних зон дає багатющий науковий матеріал як доказ еволюційного процесу. Фауна і флора Палеоарктической і Неоарктической областей мають багато загального. Це тим, що у пролам між названими областями існував сухопутний міст — Берингів перешийок. Інші галузі мають мало загальних черт.

Отже, розподіл видів тварин та рослин поверхнею планети та його угруповання в біографічні зони відбиває процес історичного поступу Землі та еволюції живого.

Оцінка теорії Ламарка.

Видатна заслуга Ламарка полягає у створенні першого еволюційного вчення. Він відкинув ідею сталості видів, протиставивши їй уявлення про змінності видів. Його вчення стверджувало існування еволюції як історичного поступу від простого до складного. Вперше було поставлено запитання про чинниках еволюції. Ламарк цілком правильно вважав, що умови середовища мають неабиякий вплив перебіг еволюційного процесу. Він був однією з перших, хто помітив надзвичайну тривалість розвитку життя Землі. Проте Ламарк допустив серйозних помилок насамперед у розумінні чинників еволюційного процесу, виводячи їх із нібито властивого всьому живому прагнення досконалості. Також не так розумів причини виникнення пристосованості, прямо пов’язував його з впливом довкілля. Це породило дуже поширені, але науково цілком необгрунтовані ставлення до успадкування ознак, придбаних організмами під безпосереднім впливом среды.

Еволюційний вчення Ламарка був досить доказовим і одержало широке пошанування у його современников.

Основные становища теорії Дарвіна і значення її для науки.

Основные принципи еволюційного вчення Дарвіна зводяться до наступним становищем: 1. Каждый вид здатний до необмеженому розмноженню. 2. Ограниченность життєвих ресурсів перешкоджає реалізації потенційної можливості безмежного розмноження. Більшість особин гине у боротьбі існування й немає потомства. 3. Гибель чи успіх у боротьбі існування носять виборчий характер. Організми жодного виду відрізняються одна від друга сукупністю ознак. У природі переважно виживають і вони залишають потомство ті особини, які мають найвдаліше для даних умов поєднання ознак, тобто. краще приспособлены.

Избирательное виживання і розмноження найбільш пристосованих організмів Ч. Дарвін назвав природним отбором.

Под дією природного відбору, що у різних умовах, групи особин жодного виду з покоління до покоління накопичують різні пристосувальні ознаки. Групи особин набувають настільки суттєві відмінності, що перетворюються на нові виды.

Крупнейшие вчені за кордоном сприяли поширенню еволюційної теорії Дарвіна, захищали його від нападів і самі вносили внесок у її розвиток. Дарвінізм надав сильне вплив як на біологію і цілком природні науки, а й у загальнолюдський культуру, сприяючи розвитку природничонаукових поглядів виникнення і розвиток живої природи й самого человека.

Список використаної литературы:

М. Грін, Біологія, Москва, «СВІТ», 1993.

Ф. Кибернштерн, Гени й генетика, Москва, «Параграф», 1995.

А. Артёмов, Що таке ген, Таганрог, «Червона сторінка», 1989. До того ж статті: Ламаркизм і неоламаркизм, Сальтационизм (Коржинский), Науковий креационизм (Агассис). Вчення про макроэволюции, В. И. Назаров, 1991 ЛІТЕРАТУРА: 1) Велика Російська Енциклопедія, 1997 2) Географічний атлас світу, 1983 3) Вчення про макроэволюции, В. И. Назаров, 1991 4) Популярний біологічний словник, Н. Ф. Реймерс, 1991 5) Біологічний енциклопедичний словник, 1986 6) Камінь спотикання, С. Бейкер, 1992 7) Досвід узгодження наукових даних: геологія, палеонтологія, археологія, палеогеография, антропологія, С. Ляшевский, 1996. 8) До того ж статті: Ламаркизм і неоламаркизм, Сальтационизм (Коржинский),.

Науковий креационизм (Агассис).