Генетика и эволюция

НОУ ВПО вологодский институт бизнеса

Кафедра ________________________________________

Фамилия, инициалы преподавателя _____________________

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

по дисциплине

__________________________________________________________________

(наименование дисциплины)

Номер (вариант) ______

Выполнил студент _____ курса

Специальности _____________

                                                                     группы ________

__________________________________________________________________

(фамилия, имя, отчество студента)

__________________________________________________________________

(индекс, домашний адрес, телефон)

Вологда

2011

Тема: 16 "Генетика и эволюция".

 

План

    Введение………………………………………………...………....……..3 – 4 стр.

1. Эволюционные воззрения Ламарка……………………..............………….4 стр.

2. Теория эволюции Чарльза Дарвина…………………………….….……5 – 8 стр.

3. Исследования Грегори Менделя

  3.1  Принципы теории наследствования Грегори Менделя……..…..…..8 –9 стр.

  3.2 Доминантность наследственных признаков………...………...……9 – 10 стр.

3.3 Значение работ Грегори Менделя для развития генетики ………10 – 13 стр.

4. Эволюция полигенных систем……………………………………… .13 – 14 стр.

5. Генетический дрейф……………………………………………...……14 – 15 стр.

  Заключение………………………………………………………..…….16 – 17 стр.

   Словарь терминов………………………………………………………17 – 18 стр.

   Список использованной литературы……………………………………….19 стр.

   Введение
   Генетика — область биологии, изучающая наследственность и изменчи­вость— свойства, присущие всем живым организмам. Бесконечное разнооб­разие видов растений, животных и микроорганизмов поддерживается тем, что каждый вид сохраняет в ряду поколений характерные для него черты: на холодном Севере и в жарких странах корова всегда рождает теленка, курица выводит цыплят, а пшеница воспроизводит пшеницу. При этом живые суще­ства индивидуальны: все люди разные, все кошки чем-то отличаются друг от друга, и даже колоски пшеницы, если присмотреться к ним повнимательнее, имеют свои особенности. Два эти важнейшие свойства живых существ — быть похожими на своих родителей и отличаться от них — и составляют суть понятий «наследственность» и «изменчивость».

   Истоки генетики, как и любой другой науки, следует искать в практике. С тех пор как люди занялись разведением животных и растений, они стали по­нимать, что признаки потомков зависят от свойств их родителей. Человек всегда стремился управлять живой природой: структурно-функциональной организацией живых существ, их индивидуальным развитием, адаптацией к окружающей среде, регуляцией численности и т. д. Отбирая и скрещивая лучших особей, человек из поколения в поколение создавал породы живот­ных и сорта растений с улучшенными свойствами. Бурное развитие племен­ного дела и растениеводства во второй половине 20 в. породило повышенный интерес к анализу феномена наследственности. В то время считали, что ма­териальный субстрат наследственности — это гомогенное вещество, а на­следственные субстанции родительских форм смешиваются у потомства по­добно тому, как смешиваются друг с другом взаиморастворимые жидкости. Считалось также, что у животных и человека вещество наследственности ка­ким-то образом связано с кровью: выражения «полукровка», «чистокровный» и др. сохранились до наших дней.

   Преемственность признаков между поколениями, обеспечивается процессом оплодотворения. Человеком давно отмечены три явления, относящиеся к на­следственности: во-первых, сходство признаков потомков и родителей; во-вторых, отличия некоторых (иногда многих) признаков потомков от соответ­ствующих родительских признаков; в-третьих, возникновение в потомстве признаков, которые были лишь у далеких предков. Генетика ближе всего по­дошла к решению этих задач, вскрыв многие закономерности наследственно­сти и изменчивости живых организмов и поставив их на службу человече­скому обществу. Этим объясняется ключевое положение генетики среди дру­гих биологических дисциплин.

   Первые идеи о механизме наследственности высказали еще древнегреческие ученые Демокрит, Гиппократ, Платон, Аристотель. Автор первой научной теории эволюции Ж.-Б. Ламарк воспользовался идеями древнегреческих уче­ных для объяснения постулированного им на рубеже XVIII-XIX вв. принципа передачи приобретенных в течение жизни индивидуума новых признаков по­томству. Ч. Дарвин выдвинул теорию пангенезиса, объяснявшую наследова­ние приобретенных признаков. Коллеги и современники не обратили внима­ния на результаты работы настоятеля монастыря в Брно Грегора Менделя по скрещиванию гороха. Никто из тех, кто слушал доклад Менделя на заседании Общества естествоиспытателей и врачей в 1865, не сумел разгадать в каких-то «странных» количественных соотношениях, обнаруженных Менделем при анализе гибридов гороха, фундаментальные биологические законы, а в чело­веке, открывшем их, основателя новой науки — генетики. По свидетельству А.Е. Гайсиновича, до конца XIX в. ее цитировали всего пять раз, и только один ученый — русский ботаник И.О. Шмальгаузен — оценил всю важность этой работы. По свидетельству А.Е. Гайсиновича, до конца XIX в. ее цитиро­вали всего пять раз, и только один ученый — русский ботаник И.О. Шмальгаузен — оценил всю важность этой работы. После 35 лет забве­ния работа Менделя была оценена по достоинству, а его имя вошло в исто­рию науки. В начале XX столетия законы, открытые им, были переоткрыты практически одновременно и независимо друг от друга учеными К. Коррен­сом, Э. Чермаком и К. де Фризом. Значимость этих открытий сразу стала очевидна научному сообществу начала 1900-х годов; их признание было свя­зано с определенными успехами цитологии и формированием гипотезы ядерной наследственности. Законы наследственности, открытые Г. Менде­лем, заложили основы становления генетики как самостоятельной науки.

   1. Эволюционные воззрения Ламарка.
   Одним из первых ученых, занимавшихся исследованиями теории эволюции, был французский биолог Жан Батист Ламарк (1774-1829) придерживавшийся взгляда, что виды постепенно изменяются, порождая новые, т. е. эволюцио­нируют. 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".
   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.

   2. Теория эволюции Чарльза Дарвина.
   Ученым, совершившим переворот в развитии эволюционной теории, явля­ется Чарльз Дарвин. Дарвин вывел новую концепцию эволюции. Дарвинов­ская концепция эволюции признает существование такой групповой измен­чивости, которая приобретается организмами под действием определенных факторов, считает, что только случайные индивидуальные изменения, оказы­вающиеся полезными, могут передаваться по наследству и тем самым влиять на процесс дальнейшей эволюции.
   Вот несколько слов Чарльза Дарвина в обоснование своей гипотезы естест­венного отбора: "Можно ли сомневаться, учитывая борьбу каждой особи за существование, что любое малое изменение в стремлении, привычках или инстинктах, способствующее лучшей приспособленности организма к новым условиям, скажется на его силе и благополучии. В борьбе за существование оно дает больше шансов выжить, и те потомки, которые унаследовали это изменение, пусть даже очень малое, имеют больше преимуществ. Ежегодно появляется больше потомков, чем их может выжить. В течение жизни поко­ления самый малый выигрыш в балансе укажет, кто должен погибнуть и кто выживет. Пусть такое действие отбора, с одной стороны, и гибель особей, с другой, продолжаются в течение тысяч поколений".
   Одним из важнейших аспектов теории Дарвина было ограничение полового отбора от других форм отбора. Дарвин отмечал, что у животных, имеющих два пола, существуют признаки, которые не способствуют выживанию особи и могут быть даже вредными для нее. В особенности это относится к самцам. Если самец имеет такое строение или поведение, способствующее спарива­нию с ним самки в присутствии конкурента, то этот признак дает ему пре­имущества перед конкурентом оставить больше потомства. Данный признак, по мнению Дарвина, будет развиваться, и совершенствоваться с течением времени, так как любые вариации, усиливающие его, дадут обладателю но­вые преимущества, и он оставит больше потомства, чем его менее удачливый соперник. В дальнейшем развитие признака прекращается лишь тогда, когда его половые преимущества точно уравновешиваются механическими, физио­логическими и другими недостатками, или, по словам самого Дарвина, когда половой отбор уравновешивается равным ему и противоположным по на­правлению естественным отбором. Таким образом, Дарвин объяснил разви­тие многих вторичных половых признаков, таких, как красивые перья у рай­ских птиц и хвостовые перья у павлина, наличие которых объяснить иначе невозможно.
   В результате своих исследований Дарвин вывел основные принципы своей эволюционной теории:
1) Первый из них постулирует о том, что изменчивость является неотъемле­мой частью всего живого.
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:
- "индивидуальная" или "неопределенная" изменчивость, т. е. передающаяся по наследству;
- "определенная" или "групповая" - подверженная той группе организмов, которые оказываются под воздействием определенного фактора внешней среды.
2) 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.
3) Третьим принципом называется принцип 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 Грегори Мендель заложил основы современной теории наследственности, или как её называют сейчас, генетики.

   3. Исследования Грегори Менделя.
   3.1. Принципы теории наследственности Грегори Менделя.
   По Менделю 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.
   3.2. 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 алломорфами (алле­лями). Они могут быть одинаковыми, а могут различаться. Организм, имею­щий пару одинаковых аллельных генов, называется гомозиготным. Орга­низм, несущий два различных алломорфа, 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 отсутствии доминантности будет расщепление в отношении 1: 2: 1, где большинство гетерозигот.

   3.3. Значение работ Грегори Менделя для развития генетики.

В 1863 г. Мендель закончил эксперименты и в 1865 г. на двух заседаниях Брюннского общества естествоиспытателей доложил результаты своей ра­боты. В 1866 г. в трудах общества вышла его статья «Опыты над раститель­ными гибридами», которая заложила основы генетики как самостоятельной науки. Это редкий в истории знаний случай, когда одна статья знаменует со­бой рождение новой научной дисциплины. Работы по гибридизации растений и изучению наследования признаков в потомстве гибридов проводились де­сятилетия до Менделя в разных странах и селекционерами, и ботаниками. Были замечены и описаны факты доминирования, расщепления и комбини­рования признаков, особенно в опытах французского ботаника Ш. Нодена. Даже Дарвин, скрещивая разновидности львиного зева, отличные по струк­туре цветка, получил во втором поколении соотношение форм, близкое к из­вестному менделевскому расщеплению 3:1, но увидел в этом лишь «каприз­ную игру сил наследственности». Разнообразие взятых в опыты видов и форм растений увеличивало количество высказываний, но уменьшало их обосно­ванность. Смысл или «душа фактов» (выражение Анри Пуанкаре) оставались до Менделя туманными.

   Совсем иные следствия вытекали из семилетней работы Менделя, по праву составляющей фундамент генетики. Во-первых, он создал научные прин­ципы описания и исследования гибридов и их потомства (какие формы брать в скрещивание, как вести анализ в первом и втором поколении). Мендель разработал и применил алгебраическую систему символов и обозначений признаков, что представляло собой важное концептуальное нововведение. Во-вторых, Мендель сформулировал два основных принципа, или закона на­следования признаков в ряду поколений, позволяющие делать предсказания. Наконец, Мендель в неявной форме высказал идею дискретности и бинарно­сти наследственных задатков: каждый признак контролируется материнской и отцовской парой задатков (или генов, как их потом стали называть), кото­рые через родительские половые клетки передаются гибридам и никуда не исчезают. Задатки признаков не влияют друг на друга, но расходятся при об­разовании половых клеток и затем свободно комбинируются у потомков (за­коны расщепления и комбинирования признаков). Парность задатков, пар­ность хромосом, двойная спираль ДНК — вот логическое следствие и маги­стральный путь развития генетики ХХ века на основе идей Менделя.

   Название новой науки — генетика (лат. «относящийся к происхожде-нию, рождению») — было предложено в 1906 г. английским ученым В. Бэтсоном. Датчанин В. Иоганнсен в 1909 г. утвердил в биологической литературе такие принципиально важные понятия, как ген (греч. «род, рождение, происхожде­ние»), генотип и фенотип. На этом этапе истории генетики была принята и получила дальнейшее развитие менделевская, по существу умозрительная, концепция гена как материальной единицы наследственности, ответственной за передачу отдельных признаков в ряду поколений организмов. Тогда же голландский ученый Г. де Фриз (1901) выдвинул теорию изменчивости, ос­нованную на представлении о скачкообразности изменений наследственных свойств в результате мутаций.