Естественнонаучные аспекты генетики

Структура белков

В человеческом организме около 100000 белков, молекулярная масса которых от нескольких тысяч до нескольких миллионов.

3. Эволюционное учение

Вопрос эволюции был и остается одним из самых интересных и загадочных. Многие ученые выдвигали свои гипотезы о происхождении и развитии жизни на Земле.

Первым из таковых являлся Жан Батист Ламарк. По его утверждению, главным фактором эволюции является прямое влияние среды. Основной движущей силой он называл “стремление организмов к прогрессу”.

Значительный вклад Ламарка в биологическую мысль состоял в том, что он привел убедительные (для своего времени) аргументы в поддержку теории эволюции, выступив противником теории независимого и неизменного развития видов, утверждавшей, что с течением времени наблюдаются слабые отклонения от нормальных форм, но, в конце концов, эти уклонившиеся формы возвращаются к прежнему состоянию, что не может привести к возникновению новых видов.

Ламарк выдвинул гипотезу о факторах, контролирующих эволюционные изменения. Ламарк предполагал, что живые существа обладают способностью постепенно в течение многих поколений изменяться от простой структуры или организации к более сложной и совершенной. Также он заметил, что часто используемые органы,  как правило, имеют тенденцию увеличиваться в размере и выглядят более развитыми по сравнению с теми, которые менее упражняются. Ученый предположил, что изменения, приобретенные организмом в течение жизни, могут наследоваться потомством в определенной степени. Удивительно тонкую и сложную структуру органов, обеспечивающих приспособленность к выполнению специфических функций, он объяснял изменениями, накапливаемыми в поколениях в результате наследования этих «приобретенных признаков»[7].

Заслуга Ламарка состояла в том, что он строго придерживался эволюционной теории в то время, когда многие его коллеги твердо верили в создание определенных видов путем отдельных актов творения. Тем более, механизм наследования имел, вероятно, для него второстепенное значение по сравнению с главной целью – убедить всех своих  противников в существовании процесса эволюции.      

Далее Карл Бэр сформулировал “закон зародышевого сходства”, который гласит: «Эмбрионы обнаруживают, уже начиная с самых ранних стадий, известное общее сходство в пределах типа»[8].

Чарльзу Лайелю удалось расшифровать и датировать геологическую историю Земли. Он выяснил, что горообразование, вулканизм, оледенения, потоки, дождь, ветер и приливы объясняют как нынешние, так и прошлые изменения земной поверхности, а следовательно, и изменения в составе органического мира.

Выше перечисленные внесли огромный вклад в развитие естественных наук, в частности биологии и зоологии. Но поистине огромный и незаменимый вклад внес англичанин Чарльз Дарвин. Он создал теорию эволюции биологических видов.

Теорию Дарвина можно сформулировать 4мя положениями[9]:

1.                           Организмы изменчивы. Трудно найти такое свойство или признак, по которому особи, принадлежащие к данному виду, были бы полностью тождественны.

2.                           Различия между органами, хотя бы частично, передаются по наследству.

3.                           Теоретически при благоприятных условиях любые организмы могут размножаться в геометрической прогрессии и в состоянии заполнить Землю, однако такого не случается, так как жизненные ресурсы ограниченны, что приводит к борьбе за существование, в которой выживают не все.

4.                           В результате борьбы за существование происходит естественный отбор – выживают те особи, которые располагают полезными в данных условиях свойствами. Выжившие передают эти свойства своему потомству. Следовательно, эти свойства закрепляются в череде последующих поколений.

Эту теорию приняли почти все ученые мира.

В природе не существуют два совершенно одинаковых, тождественных организма. Мы все тщательнее и глубже изучаем природу и убеждаемся во всеобщем, универсальном характере изменчивости. Например, на первый взгляд может показаться, что все деревья в сосновом бору одинаковые, но более внимательное изучение может некоторые различия между ними. Одна из сосен дает более крупные семена, другая – в состоянии лучше переносить засуху, у третей – повышенное содержание хлорофилла в иголках и т. д. В определенных условиях это незначительное, на первый взгляд, различие может стать тем решающим изменением, которое и определит, останется ли организм в живых или нет. Дарвин различает два типа изменчивости:

1)          «индивидуальная» или «неопределенная» изменчивость, то есть передающаяся по наследству;

2)                 «определенная» или «групповая» – подверженная той группе организмов, которые оказываются под воздействием определенного фактора внешней среды. 

Второй принцип теории Дарвина состоит в раскрытии внутреннего противоречия в развитии живой природы. С одной стороны все виды организмов имеют тенденцию к размножению в геометрической прогрессии, а с другой – выживает и достигает зрелости лишь небольшая часть потомства.

Чарльз Дарвин характеризует этот принцип как «борьбу за существование». Под этим термином Дарвин подразумевает различные отношения между организмами, начиная от сотрудничества внутри вида против неблагоприятных условий окружающей среды, заканчивая конкуренцией между организмами.

Третьим принципом называется принципом естественного отбора, играющий фундаментальную роль во всех эволюционных теориях.

С помощью этого принципа Дарвин объясняет, почему из большого количества организмов выживают и развиваются лишь небольшое количество особей. Чарльз Дарвин писал: «Выражаясь метафорически, можно сказать, что естественный отбор ежедневно и ежечасно расследует по всему свету мельчайшие изменения, отбрасывая дурные, сохраняя и слагая хорошие, работая неслышно и невидимо, где бы и когда ни представился к тому случай, над усовершенствованием каждого органического существа в связи с условиями его жизни, органическими и неорганическими».

Самым слабым местом в теории Дарвина были его представления о наследственности. Неясным оставалось тот факт, каким образом изменения, связанные со случайным появлением полезных изменений могут сохраняться в потомстве и передаваться следующему поколению. Таким образом, теория Дарвина нуждалась в доработке и обосновании с учетом других биологических дисциплин, а в частности – генетики.  

Дарвин понимал, что для создания теории эволюции необходимо знание законов наследственности. Ко времени издания «Происхождения видов» Дарвина науке ничего не было известно о наследовании признаков. Согласно взглядам Дарвина на наследственность считалось, что некое вещество, образуемое каждым из родителей, необратимо смешивается в потомстве, что и определяет развитие определенных признаков у последующих поколений. Исходя из этого считалось, что внук имеет смешанную наследственность. Состоящую на одну четверть из вещества (или « крови»), полученного от деда и бабки.

И только Грегор Мендель заложил основы современной теории наследственности, или как её называют сейчас, генетики.

Менделевская наследственность объединяет пять основных принципов, два из которых он сформулировал в виде законов. 

1)                 Наследственность дискретна, и за исключением половых хромосом,  вклад каждого из родителей в свое потомство равноценен. Материал, определяющий наследственные свойства, передается потомству сперматозоидом и яйцеклеткой и не смешивается. Наследственный материал представляет собой набор дискретных частиц, называемый генами. Гены – это гигантские молекулы, определяющие своим строением и взаимодействием с другими аналогичными молекулами природу наследственных признаков.

2)                 Наследственные признаки не «загрязняют» друг друга. Гены, полученные потомством от родителей, составляют пары, причем таких пар в организме может быть тысячи. Гены передаются в том же виде, в котором они существовали у предков.

3)                   При скрещивании двух чистопородных организмов, различающихся по паре контрастирующих признаков, первое поколение, как правило, обладает признаками одного  из родителей.  Таким образом, исходные (дедовские) формы вновь выявляются во втором поколении, или, как сейчас говорят, выщепляются. Это первый закон Менделя, подтверждающий вышеизложенное второе положение, называемый законом  расщепления.

4)                 Если скрестить организмы, различающиеся по двум или большему числу пар контрастирующих признаков, то во втором поколении эти признаки распределяются совершенно независимо друг от друга. Это правило получило название закон независимого распределения.      

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[10].

Исследования в области генетики и экологии выявили ряд факторов, контролирующих выработку приспособлений и видообразование. Силы, лежащие в основе эволюции семейств, порядков и классов, не могут быть так легко определены.

Синтез генетики и эволюции в основном состоял во взаимодействии менделевской теории наследственности и  великой по своей научной значимости теории Дарвина.

На современном этапе развития генетики и эволюции все большее значение приобретает генная инженерия. Ученым удалось расшифровать структуру молекулы ДНК, что позволило создавать на базе известных видов новые, с заранее запрограммированными, не свойственными этому виду качествами. Серьезнейшей проблемой в практическом использовании генной инженерии является безопасность продуктов применения продуктов генной инженерии для существования Человечества. Наряду с этим выступает проблема клонирования, то есть производства организмов абсолютно схожих по своей молекулярной структуре, а также измененной в соответствии с требованиями ученых. Клонирование влечет за собой множество морально- этических проблем, главной из которых является клонирование человека.

Список использованной литературы

1.      Алихонян С. И. Общая генетика. М., 1985.

2.      Дубнищева Т.Я. Концепция современного естествознания. Учебник. М,  2006.

3.      Лихин А.Ф. Концепции современного естествознания. М., 2006.

4.      Найдыш В.М. Концепции современного естествознания М., 1999.

5.      Резник С. Раскрывшаяся тайна бытия. М., 1976.

6.      Рузавин Г. И. Концепции современного естествознания. М., 2000.

7.      Хорошавина С.Г. Концепции современного естествознания. М., 2005.

8.      Шеппард Ф. М. Естественный отбор и наследственность. М., 1970.

2

[1] См.: Резник С. Раскрывшаяся тайна бытия. М., 1976.

[2] См.: Лихин А.Ф. Концепции современного естествознания. М., 2006.

[3] См.: Найдыш В.М. Концепции современного естествознания М., 1999.

[4] См.: Хорошавина С.Г. Концепции современного естествознания. М., 2005.

[5] Лихин А.Ф. Концепции современного естествознания. М., 2006.

[6] См.: Овчинников Ю.А., Шамин А.Н. Строение и функции белков. М., 1983.

[7] См.: Пузанов И. И. Жан Батист Ламарк. М., 1959.

[8] Алихонян С. И. Общая генетика. М., 1985.

[9] Лихин А.Ф. Концепции современного естествознания. М., 2006.

[10] См.: Лихин А.Ф. Концепции современного естествознания. М., 2006.