double arrow

Синтетическая теория эволюции


Первые шаги в изучении наследственности были сделаны во второй половине XIX в. чешским естествоиспытателем Г. И. Мен­делем, который своими опытами заложил основы современной генетики. В 1856-1863гг. он поставил опыты по скрещиванию гороха, в которых доказал, что наследственность не имеет промежуточного характера, а передается дискретными частицами. Сегодня мы называем эти частицы генами. Результаты своих наблюдений Мендель отразил в опубликованной им научной статье. Те же самые выводы были вновь получены в 1900г., когда три исследователя-Х.Де Фриз, К.Э.Корренс и З.Чермак-провели свои эксперименты и повторно открыли правила наследования признаков. Название этой науке дал в 1906г. английский биолог У.Бетсон.

Огромную роль в становлении генетики сыграл датский исследователь В.Л.Иогансен, который ввел в широкий обиход основные термины и определения, используемые в этой науке. Среди них важнейшим понятием является «ген»-элементарная единица наследственности. Он представляет собой внутриклеточную молекулярную структуру, участок молекулы ДНК. Число генов в крупном организме может достигать многих миллиардов. В организме они являются своего рода «мозговым центром». В генах фиксируются признаки и свойства организма, передающиеся по наследству. Совокупность всех генов одного организма называется генотипом.




Совокупность всех вариантов каждого из генов, входящих в состав генотипов определенной группы особей или вида в целом, называется генофондом. Генофонд является видовым, а не индивидуальным признаком.

Совокупность всех признаков одного организма называется фенотипом. Фенотип представляет собой результат взаимодействия генотипа и окружающей среды.

Генетика изучает два фундаментальных свойства живых систем: наследственность и изменчивость. Наследственность создает непрерывную преемственность признаков, свойств и особенностей развития в ряду поколений. Изменчивость обеспечивает материал для естественного отбора, создавая как новые варианты признаков, так и бесчисленное множество комбинаций прежде существовавших и новых признаков живых организмов.

Генетика о наследственности

В ходе исследований Г.И.Менделем были открыты количественные закономерности наследования признаков, позже названные в честь первооткрывателя Менделя. Эти три закона известны как закон единообразия первого поколения гибридов, закон расщепления и закон не­зависимого комбинирования признаков.

Первый закон Менделя — закон единообразия первого поко­ления гибридов — устанавливает, что при скрещивании двух осо­бей, различающихся по одной паре аналогичных признаков, гиб­риды первого поколения оказываются единообразными, про­являя лишь один признак. Например, при скрещивании двух сортов гороха с желтыми и зелеными семенами в первом поко­лении гибридов все семена имеют желтую окраску. Этот признак, проявляющийся в первом поколении гибридов, называется до­минантным. Второй признак (зеленая окраска) называется ре­цессивным и в первом поколении гибридов подавляется.



Второй закон Менделя — закон расщепления — гласит, что при скрещивании гибридов первого поколения их потомство (второе поколение гибридов) дает расщепление по анализиру­емому признаку в отношении 3: 1 по фенотипу, 1 :2 : 1 — по гено­типу. В этом же примере скрещивания двух сортов гороха с жел­тыми и зелеными семенами во втором поколении гибридов про­изойдет расщепление: появятся растения с зелеными семенами (рецессивный признак), однако количество зеленых семян бу­дет в три раза меньше количества желтых семян (доминантный признак).

Третий закон Менделя — закон независимого комбинирования признаков — утверждает, что при скрещивании организмов, от­личающихся друг от друга по двум и более парам альтернативных признаков, гены и соответствующие им признаки наследуются независимо друг от друга и комбинируются во всех возможных сочетаниях. Так, при дигибридном скрещивании двух сортов го­роха с желтыми гладкими семенами и зелеными морщинистыми во втором поколении гибридов по внешним признакам выявля­ются четыре группы особей (желтые гладкие семена, желтые мор­щинистые, зеленые гладкие, зеленые морщинистые) в количе­ственном соотношении — 9:3:3:1.



Третий закон Менделя действует не во всех случаях. Поэтому важным этапом в развитии генетики явилось создание в начале XX в. американским ученым Т. X. Морганом хромосомной тео­рии наследственности. Наблюдая деление клеток, Морган при­шел к выводу, что основная роль в передаче наследственной ин­формации принадлежит именно хромосомам клеточного ядра. Ученому удалось выявить закономерности наследования признаков, гены которых находятся в одной хромосоме — они насле­дуются совместно. Это называется сцеплением генов, или законом Моргана. Морган логично заключил, что у любого организма признаков много, а число хромосом невелико. Следовательно, в каждой хромосоме должно находиться много генов.

Ответила генетика также и на вопрос о происхождении по­ловых различий. Так, у человека из 23 пар хромосом 22 пары одинаковы как у мужского, так и у женского организма, а одна пара различна. Благодаря этой паре различаются оба пола, по­этому ее называют половыми хромосомами, в отличие от одина­ковых хромосом, названных аутосомами. Половые хромосомы у женщин одинаковы, их называют Х-хромосомами. У мужчин половые хромосомы разные — одна Х-хромосома и одна У-хромосома. Для каждого человека решающую роль в определении пола играет У-хромосома.

Следующим важным этапом в развитии генетики стало от­крытие роли ДНК в передаче наследственной информации. На­чалось раскрытие генетических закономерностей на молекуляр­ном уровне, зародилась новая дисциплина — молекулярная генетика. Тогда в ходе исследований было установлено, что ос­новная функция генов — кодирование синтеза белков. Затем была установлена тонкая структура генов, был открыт моле­кулярный механизм функционирования генетического кода, понят язык, на котором записана генетическая информация. И, наконец, был расшифрован механизм репликации (передачи наследственной информации) ДНК.

Генетика об изменчивости

Генетические механизмы наслед­ственности тесносвязаны с генетическими механизмами измен­чивости, т. е. со способностью живых организмов приобретать новые признаки и свойства в процессе взаимодействия организ­ма с окружающей средой. Изменчивость является основой для естественного отбора и эволюции организмов.

По механизмам возникновения и характеру изменений при­знаков генетика различает основные формы изменчивости: наследственную (генотипическую) и ненаследственную (фенотипическую), или модификационную. Последняя зависит от кон­кретных условий среды, в которой находится отдельный орга­низм и дает возможность приспособится к этим условиям, но в пределах нормы реакции. Так, европеец, долго живущий в Африке, приобретет сильный загар, но цвет его кожи все-таки не будет таким, как у коренных обитателей этого континента. Такие изменения не наследуются.

Изменчивость, связанная с изменением генотипа, называет­ся генотипической изменчивостью. Она передается по наследству и подразделяется на мутационную и комбинативную.

Наиболее ярко наследственная изменчивость проявляется в мутациях — перестройках наследственного основания, геноти­па организма. Мутационная изменчивость — это скачкообразное и устойчивое изменение генетического материала, передающееся по наследству. Хотя процесс репликации ДН К обычно идет чрез­вычайно точно, иногда, примерно один раз на тысячу или мил­лион случаев, этот процесс нарушается, и тогда хромосомы но­вой клетки отличаются от тех, которые были в старой клетке. Таким образом, мутация возникает вследствие изменения струк­туры генов или хромосомы и служит единственным источником генетического разнообразия внутри вида. Бывают разные типы генных и хромосомных мутаций.

Факторы, способные вызывать мутации, называются мута­генами. Они подразделяются на физические (различные виды излучений, температур), химические (некоторые лекарства и др.) и биологические (вирусы, бактерии). По значимости для орга­низма мутации подразделяются на отрицательные — летальные (несовместимые с жизнью), полулетальные (снижающие жизне­способность организма), нейтральные и положительные (повы­шающие приспособляемость и жизнестойкость организма). По­ложительные мутации встречаются крайне редко, но именно они лежат в основе прогрессивной эволюции.

Комбинативная изменчивость связана с получением новых ком­бинаций генов, имеющихся в генотипе. Сами гены при этом не изменяются, но возникают их новые сочетания, что приводит к появлению организмов с другим генотипом и, следовательно, фенотипом. Опыты Менделя по дигибридному скрещиванию являются примером проявления изменчивости, обусловленной пе­рекомбинацией генов, т. е. комбинативной изменчивости. Еще одним примером такой изменчивости является генетическая рекомбинация, которая происходит при половом размножении. Именно поэтому дети похожи на своих родителей, но не являют­ся их копией. Кроме того, рекомбинация может происходить за счет включения в геном клетки новых, привнесенных извне гене­тических элементов — мигрирующих генетических элементов.

В последнее время было установлено, что даже само их внедрение в клетку дает мощный толчок к множественным мутациям.

Такой толчок могут давать вирусы — одни из наиболее опас­ных мутагенов, мельчайшие из живых существ. Они не имеют клеточного строения, не способны сами синтезировать белок, поэтому получают необходимые для их жизнедеятельности ве­щества, проникая в живую клетку и используя чужие органиче­ские вещества и энергию.

Хотя мутации — главные поставщики эволюционного мате­риала, они относятся к изменениям случайным, подчиняющимся вероятностным, или статистическим законам. Поэтому они не мо­гут служить определяющим фактором эволюционного процесса.

Тем не менее, идея о ведущей роли мутаций в эволюционном процессе легла в основу теории нейтральных мутаций, созданной в 1970—1980-е гг. японскими учеными М. Кимурой и Т. Ота. Согласно этой теории изменения в функциях белоксинтезирующего аппарата являются результатом случайных, нейтральных по своим эволюционным последствиям мутаций. Их истинная роль — провоцировать генетический дрейф — изменение часто­ты генов в популяции под действием совершенно случайных фак­торов. На этой основе была провозглашена нейтралистская кон­цепция недарвиновской эволюции, сущность которой заключается в идее, что на молекулярно-генетическом уровне естественный отбор не работает. И хотя эти представления не являются обще­принятыми среди биологов, очевидно, что непосредственной аре­ной действия естественного отбора является фенотип, т. е. живой организм, онтогенетический уровень организации жизни.