Генетика и эволюция

5) Пятым принципом теории  наследственности Менделя доказывалась  исключительная стабильность генов.  Гены редко претерпевают изменения  (мутируют) с образованием разнообразных  форм (мутантов). Эти изменения могут вызывать появление новых наследственных признаков. Из 50 000 тысяч половых клеток только одна из них будет нести мутационное изменение по какому-либо гену. Значительная часть половых клеток будет нести, по крайней мере, одну новую мутацию.

 

Доминантность наследственных признаков

Прежде чем говорить о  доминантности, следует раскрыть следующие  понятия: аллели, гомозиготы, гетерозиготы.

Гены, контролирующие наследственные свойства, заключены в хромосомах. Хромосомы парные, поэтому каждый ген в клетке представлен дважды, по одному в каждой хромосоме и  в том же месте хромосомы. Гены, расположенные в одном и том  же месте хромосомы называются аллеморфами

(аллелями). Они могут быть  одинаковыми, а могут различаться.  Организм, имеющий пару одинаковых  аллельных генов, называется гомозиготным. Организм, несущий два различных  аллеморфа, называется гетерозиготным.

Мендель работал с двумя  чистыми линиями гороха: одна из которых с зелеными семенами gg, а  другая с желтыми GG. (gg – рецессивный  признак зеленых семян, GG – доминантный  признак желтых семян). По внешнему виду образуется два вида типа семян  в отношении 3 желтых к 1 зеленому. Фенотипом  называется совокупность признаков, которыми обладает организм, а генетический состав, определяющий эти признаки, называется генотипом. В менделевском скрещивании имеется только два разных фенотипа во втором поколении в отношении 3 желтых к 1 зеленому, но три генотипа в отношении 1GG: 2Gg:1gg.

При скрещивании из двух чистых линий, различающих признаков, можно определить доминантность  одного из признаков по расщеплению  во втором поколении. Если один из признаков  доминирует, то мы получим два фенотипа в отношении 3: 1, где особей с доминантным  признаком большинство. Но при отстутствии  доминантности будет расщепление  в отношении 1: 2: 1, где большинство  гетерозигот. В приведенной схеме 1 даны результаты возвратного скрещивания, где соотношение гетерозигот  к гомозиготам равно 1: 1.

 

Эволюция полигенных систем

Гены, каждый из которых сам  по себе дает незначительный кумулятивный эффект, а в сумме котролируют  непрерывную изменчивость, называют полигенами. Особенно много занимался  исследованиями в этой области английский ученый К. Мазер. Между генами с сильным  действием (главными генами) и генами со слабым действием (полигенами) нет  абсолютного различия, потому что  гены могут вызывать также промежуточные  эффекты. Кроме того, гены, оказывающие  сильное действие на одни признаки, могут оказывать слабое действие на другие.

В любых условиях ненаправленные изменения признака лишь по случайности  могут оказаться благоприятными. Современный уровень развития генетики показывает, что чем сильнее изменение, тем больше вероятность, что оно  окажется вредным. Поэтому большинство  эволюционных изменений должно быть вызвано накоплением многих изменений.

Исходя из того, что одни гены влияют на проявление других, в  процессе отбора в организме вырабатывается сбалансированная система генов, называемая генным комплексом.

В одной и той же хромосоме  находятся гены, контролирующие различные  признаки. Поэтому при проведении опыта по отбору какого-либо признака отбирают не только новые комбинации полигенов, влияющих на этот признак, но также аллели других локусов, которые влияют на другие признаки, но расположены в другой хромосоме. Это означает то, что в прессе отбора изменяются не только те признаки, по которым ведут отбор, но также и другие.

«Несмотря на то, что отбор  иногда бывает очень интенсивным, эволюция обычно протекает медленно. Это объясняется  двумя обстоятельствами. Во- первых, организмы обычно хорошо приспособлены  к среде в результате естественного  отбора, так что любое изменение  признаков большей части неблагоприятно. Во-вторых, если даже происходит такое  изменение в среде, что выражение  признака становится неоптимальным, любое  его изменение будет затруднено вследствии нарушения всей сбалансированной системы полигенов.

После того как какой-либо признак изменится под действием  отбора, то, прежде чем будет достигнут  дальнейший прогресс, многие другие признаки также должны стать приспособленными».(1)

В процессе эволюции вырабатывается определенный генетический комплекс, обеспечивающий фенотипическую пластичность. Каждый признак развивается в  результате взаимодействия среды и  генотипа. Различные условия будут  по-разному влиять на выражение признака, как, например, на вес семян или  рост человека. Значит, будут отбираться те гены или генные комбинации, которые  во взаимодействии с данными условиями  дадут приспособленный фенотип. Таким образом, создается устойчивый генный комплекс, обеспечивающий приспособление к любым условиям среды, с которым  может столкнуться организм и  где еще не шел естественный отбор.

 

Генетический дрейф

Кроме естественного отбора, существует еще один фактор, который  может способствовать повышению  концентрации мутантного гена в популяции  и даже полностью вытеснить его  нормальный алллеломорф.

Биолог С. Райт исследовал этот случайный процесс (генетический дрейф) при помощи математических моделей  и применил этот принцип к изучению проблем эволюции. При постоянных условиях генетический дрейф имеет  решающее значение в очень маленьких  популяциях, следовательно, популяция  становится гомозиготной по многим генам  и генетическая изменчивость уменьшается. Также он полагал, что вследствие дрейфа в популяции могут возникнуть признаки вредные наследственные признаки, в результате чего такая популяция может погибнуть и не внести свой вклад в эволюцию вида. С другой стороны, в очень больших популяциях решающим фактором является отбор, поэтому генетическая изменчивость в популяции снова будет незначительна. Популяция постепенно хорошо приспосабливается к условиям окружающей среды, но дальнейшие эволюционные изменения зависят от появления новых благоприятных мутаций. Такие мутации происходят медленно, поэтому эволюция в больших популяциях идет медленно. В популяциях промежуточной величины генетическая изменчивость повышена, новые выгодные комбинации генов образуются случайно, и эволюция идет быстрее, чем двух других описанных выше случаях популяциях.

Также следует помнить, что, когда один аллель теряется из популяции, он может вновь появиться только благодаря определенной мутации. Но в случае, если вид разделен на ряд  популяций, в одних из которых  потерян один аллель, а в других другой, то утерянный из данной популяции  ген может появиться в ней  благодаря миграции из другой популяции, где есть данный ген. Вот таким  образом сохранится генетическая изменчивость. Исходя из этого Райт, предположил, что наиболее быстрые эволюционные изменения будут происходить  у видов, подразделенных на многочисленные популяции различной величины, причем между популяциями возможна некоторая  миграция.

Райт соглашался с тем, что естественный отбор – один из важнейших факторов эволюции, однако генетический дрейф, по его мнению, также является существенным фактором, определяющим длительные эволюционные изменения внутри вида, и что многие признаки, отличающие один вид от другого, возникли путем дрейфа генов и  были безразличны или даже вредны по своему влиянию на жизнеспособность организмов.

По поводу теории генетического  дрейфа разгорались споры между  учеными

– биологами. Например, Т. Добжанский считал, что не имеет смысла ставить  вопрос, какой фактор играет большую  роль – генетический дрейф или  естественный отбор. Эти факторы  взаимодействуют между собой. Возможны две ситуации:

1) Если в эволюции каких-либо  видов главенствующее положение  занимает отбор, то в этом  случае будет наблюдаться или  направленное изменение частот генов, или стабильное состояние, определяемое условиями окружающей среды.

2) Когда же на протяжении  длительного периода времени  более важен дрейф, то тогда  направленные эволюционные изменения  не будут связаны с природными  условиями и даже возникшие  незначительные неблагоприятные  признаки могут широко распространиться  в популяции.

В целом же генетический дрейф исследован еще недостаточно хорошо и определенного, единого  мнения об этом факторе еще в науке  не сложилось.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

Менделевская теория наследственности, т.е. совокупность представ-лений о  наследственных детерминантах и  характере их передачи от родителей  к потомкам, по своему смыслу прямо  противоположна доменделевским теориям, в частности теории пангенезиса, предложенной Дарвином. В соответствии с этой теорией признаки родителей  прямо, т.е. от всех частей организма, передаются потомству. Поэтому характер признака потомка должен прямо зависеть от свойств родителя. Это полностью  противоречит выводам, сделанным Менделем: детерминанты наследствен-ности, т.е. гены, присутствуют в организме относительно независимо от него самого. Характер признаков (фенотип) определяется их случайным  сочетанием. Они не модифицируются какими-либо частями организма и  находятся в отношениях доминантности-рецессивности. Таким образом, менделевская теория наследственности противостоит идее наследования приобретенных в течение индивидуального  развития признаков.

Опыты Менделя послужили  основой для развития современной  генетики — науки, изучающей два  основных свойства организма — наследственность и изменчивость. Ему удалось выявить  закономерности наследования благодаря  принципиально новым методическим подходам. Благодаря этим подходам (выбору качественно различающихся  признаков), который лег в основу всех последующих генетических исследований, Мендель показал, что признаки родителей  не смешиваются у потомков, а передаются из поколения в поколение неизменными. Эти приемы исследования составили  принципиально новый, гибридологический  метод изучения наследования, ставший  основой дальнейших исследований в  генетике.

 На основе генетических  исследований возникли новые  области знания (молекулярная биология, молекулярная генетика), соответствующие  биотехнологии (такие, как генная  инженерия) и методы (например, полимеразная  цепная реакция), позволяющие выделять  и синтезировать нуклеотидные  последовательности, встраивать их  в геном, получать гибридные  ДНК со свойствами, не существовавшими  в природе. Получены многие  препараты, без которых уже  немыслима медицина(генная инженерия). Разработаны принципы выведения  трансгенных растений и животных, обладающих признаками разных  видов. Стало возможным характеризовать  особей по многим полиморфным  ДНК-маркерам: микросателлитам, нуклеотидным  последовательностям и др. Большинство  молекулярно-биологических методов  не требуют гибридологического  анализа. Однако при исследовании признаков, анализе маркеров и картировании генов этот классический метод генетики все еще необходим.

Как и любая другая наука, генетика была и остается оружием  недобросовестных ученых и политиков. Такая ее ветвь, как евгеника, согласно которой развитие человека полностью  определяется его генотипом, послужила  основой для создания в 1930—1960-е  годы расовых теорий и программ стерилизации. Напротив, отрицание роли генов и  принятие идеи о доминирующей роли среды привело к прекращению  генетических исследований в СССР с  конца 1940-х до середины 1960-х годов. Сейчас возникают экологические  и этические проблемы в связи  с работами по созданию «химер» —  трансгенных растений и животных, «копированию» животных путем пересадки  клеточного ядра в оплодотворенную  яйцеклетку, генетической «паспортизации»  людей и т.п. В ведущих державах мира принимаются законы, ставящие целью предотвратить нежелательные  последствия таких работ.

Современная генетика обеспечила новые возможности для исследования деятельности организма: с помощью  индуцированных мутаций можно выключать  и включать почти любые физиологические  процессы, прерывать биосинтез белков в клетке, изменять морфогенез, останавливать  развитие на определенной стадии. Мы теперь можем глубже исследовать популяционные  и эволюционные процессы (популяционная  генетика), изучать наследственные болезни, проблему раковых заболеваний  и многое другое. В последние годы бурное развитие молекулярно-биологических  подходов и методов позволило  генетикам не только расшифровать геномы многих организмов, но и конструировать живые существа с заданными свойствами. Таким образом, генетика открывает  пути моделирования биологических  процессов и способствует тому, что  биология после длительного периода  дробления на отдельные дисциплины вступает в эпоху объединения  и синтеза знаний.

 

 

 

 

 

Список литературы

 

1.     Алиханян  С.И., Акифьев А.П., Чернин Л.С. Общая  генетика: Учеб. — М.: Высш. шк., 1985. —  448 с.

2.     Гайсинович  А.Е. Зарождение и развитие  генетики. — М.: Высш. шк., 1988. — С.14.

3.     Горелов А.А.  Концепции современного естествознания. — М.: Владос, 2000. — 512 с.

4.     Концепции  современного естествознания / Под  ред. В.Н. Лавриненко, В.П. Ратникова.  — М.: ЮНИТИ, 2000. — 203 с.

5.     Концепции  современного естествознания / Самыгин  С.И. и др. — Ростов н/Д.: Феникс, 1997. — 448 с.

6.     Лемеза Н.А., Камлюк Л.В., Лисов Н.Д. Биология  в экзаменационных вопросах и  ответах. — М.: Рольф, Айрис-пресс, 1998. — С.172-173.

7.     Равич-Щербо  И.В., Марютина Т.М., Григоренко Е.Л.  Психогенетика: Учеб. / Под ред.  И.В. Равич-Щербо. - М.: Аспект-Пресс, 2000. - 447 с.