История генетики

Хотя история генетики началась в XIX веке, еще древние люди замечали, что животные и растения передают в ряду поколений свои признаки. Другими словами, было очевидно, что в природе существует наследственность. При этом отдельные признаки могут изменяться. То есть помимо наследственности в природе существует изменчивость.

Наследственность и изменчивость относятся к основным свойствам живой материи. Долгое время (до XIX-XX веков) истинная причина их существования была скрыта от человека. Это порождало ряд гипотез, которые можно разделить на два типа: прямое наследование и непрямое наследование.

Приверженцы прямого наследования (Гиппократ, Ламарк, Дарвин и др.) предполагали, что дочернему организму через определенные субстанции (геммулы по Дарвину), собирающиеся в половых продуктах, передается информация от каждого органа и каждой части тела родительского организма. По Ламарку следовало, что повреждение или сильное развитие органа напрямую передастся следующему поколению. Гипотезы непрямого наследования (Аристотель в IV в. до н. э., Вейсман в XIX в.) утверждали, что половые продукты образуются в организме отдельно и «не знают» об изменениях в органах тела.

В любом случае обе гипотезы искали «субстрат» наследственности и изменчивости.

История генетики как науки началась с работ Грегора Менделя (1822-1884), который в 60-х годах провел систематические и многочисленные опыты над горохом, установил ряд закономерностей наследственности, впервые высказал предположения об организации наследственного материала. Правильный выбор объекта исследования, изучаемых признаков, а также научная удача позволили ему сформулировать три закона:

1. Закон единообразия гибридов первого поколения.

2. Закон расщепления во втором поколении.

3. Закон независимого наследования разных признаков.

Мендель понял, что наследственный материал дискретен, представлен отдельными задатками, передающимися потомству. При этом каждый задаток отвечает за развитие определенного признака организма. Признак обеспечивается парой аллельных задатков, пришедших с половыми клетками от обоих родителей.

В то время научному открытию Менделя не придали особого значения. Его законы были переоткрыты в начале XX века несколькими учеными на разных растениях и животных.

В 80-х годах XIX века были описаны митоз и мейоз, в ходе которых между дочерними клетками закономерно распределяются хромосомы. В начале XX века Т. Бовери и У. Сеттон пришли к выводу, что преемственность свойств в ряду поколений организмов определяется преемственностью их хромосом. То есть к этому периоду времени научный мир понял, в каких структурах заключается «субстрат» наследственности.

У. Бэтсоном был открыт закон чистоты гамет, а наука о наследственности и изменчивости впервые в истории была названа им генетикой. В. Иогансен ввел в науку понятия гена (1909 г.), генотипа и фенотипа. В то время ученые уже поняли, что ген представляет собой элементарный наследственный фактор. Но его химическая природа еще не была известна.

В 1906 году было открыто явление сцепления генов, в том числе наследование признаков, сцепленное с полом. Понятие генотипа подчеркивало, что гены организма не просто набор независимых единиц наследственности, они образуют систему, в которой наблюдаются определенные зависимости.

Параллельно с изучением наследственности происходили открытия закономерностей изменчивости. В 1901 году де Фризом были заложены основы учения о мутационной изменчивости, связанной с возникновением изменений в хромосомах, что приводит к возникновению изменений признаков. Чуть позже было обнаружено, что мутации часто возникают при воздействии радиации, определенных химических веществ и др. Таким образом было доказано, что хромосомы являются не только «субстратом» наследственности, но также изменчивости.

В 1910 году, во многом обобщая более ранние открытия, группой Т. Моргана была разработана хромосомная теория:

1. Гены находятся в хромосомах и расположены там линейно.

2. У каждой хромосомы есть гомологичная ей.

3. От каждого из родителей потомок получает по одной из каждых гомологичных хромосом.

4. Гомологичные хромосомы содержат одинаковый набор генов, но аллели генов могут быть разными.

5. Гены, находящиеся в одной хромосоме, наследуются совместно (сцеплено) при условии их близкого расположения.

6. Чем дальше друг от друга в хромосоме находятся гены, тем более вероятен кроссинговер (обмен участками с гомологичной хромосомой).

Среди прочего в начале XX века была обнаружена внехромосомная, или цитоплазматическая, наследственность, связанная с митохондриями и хлоропластами.

Химический анализ хромосом показал, что они состоят из белков и нуклеиновых кислот. В первой половине XX века многие ученые склонялись к мнению, что белки являются носителями наследственности и изменчивости.

В 40-х годах XX века в истории генетики происходит скачок. Исследования переходят на молекулярный уровень.

В 1944 году обнаруживается, что за наследственные признаки отвечает такое вещество клетки как ДНК. ДНК признается носителем генетической информации. Чуть позже было сформулировано, что один ген кодирует один полипептид.

В 1953 г. Д. Уотсон и Ф. Крик расшифровали структуру ДНК. Оказалось что это двойная спираль, состоящая из нуклеотидов. Ими была создана пространственная модель молекулы ДНК.

Позже были открыты следующие свойства генетического кода (60-е годы):

1. Каждая аминокислота полипептида кодируется триплетом (тремя азотистыми основаниями в ДНК).

2. Каждую аминокислоту кодирует один триплет или более.

3. Триплеты не перекрываются.

4. Считывание начинается со стартового триплета.

5. В ДНК нет «знаков препинания».

В 70-х годах в истории генетики происходит еще один качественный скачок – развитие генной инженерии. Ученые начинают синтезировать гены, изменять геномы. В это время активно изучаются молекулярные механизмы, лежащие в основе различных физиологических процессов.

В 90-х годах секвенируются геномы (расшифровывается последовательность нуклеотидов в ДНК) многих организмов. В 2003 году был завершен проект по секвенированию генома человека. В настоящее время существуют геномные базы данных. Это дает возможность комплексно исследовать физиологические особенности, заболевания человека и других организмов, а также определять родственную связь между видами. Последнее позволило систематике живых организмов выйти на новый уровень.