Генетика – это наука, раздел биологии, который изучает наследственность и изменчивость. И то, и другое – базовые свойства живого, они присущи каждому существу на Земле.


Все, от вирусов до человека, обладают наследственностью – свойством потомков быть похожими на родителей. При этом дети всё же отличаются и от родителей, и друг от друга, другими словами, у всех них есть изменчивость.

Почему без этой пары свойств жизнь оказалась бы невозможной? Стабильность наследственности иногда поразительна. Обычный по всей Евразии рачок летний щитень неотличим от предков, которые плавали в водоёмах 200 миллионов лет назад и своими тремя глазами видели ! Лишённый наследственности организм не передаст никаких полезных свойства потомству. Каждому новому поколению пришлось бы осваиваться в жизни заново, с нуля, а не наращивать полученный от родителей багаж ценных приспособлений. Если б не наследственность, на Земле, наверное, до сих пор бы жили одни лишь самые древние и примитивные микробы.

Не лучше оказалась бы и жизнь без изменчивости. Ведь условия существования меняются. В Арктике то растут тропические пальмы, то её всю покрывает лёд. В центре Азии то плещется океан, то на его месте вырастают высоченные горы. Тут уж родительское наследство может и не выручить. А вымирать никому неохота. Чтобы уцелеть, живое должно иметь и запас отличий от предков – шанс на выживание в новых ситуациях. Это и обеспечивается изменчивостью.

Какие научные проблемы решает генетика?

Раз дети похожи на родителей, значит, те каким-то образом передают информацию о себе. Нетрудно сообразить, что реально передача может идти только через узкий мостик – пару половых клеток.


Этот очевидный факт ставит перед генетиками четыре основные проблемы:

— где и в каком виде хранится в клетках наследственная информация;

— каковы механизмы её передачи следующему поколению;

— как она реализуется, то есть, как гены работают;

— почему изменяется генетическая информация.

Есть ли практическая польза от решения этих проблем?

И правда, они, вроде, далеки от реальной жизни. Но на самом деле, новые знания раньше или позже находят применение.

70 лет назад генетики выяснили, что наследственную информацию хранит особое вещество, которое сокращённо назвали . Шли десятилетия, учёные выясняли устройство этой самой ДНК, откуда она берётся. Научились разрезать её молекулы, собирать их заново, исследовали ДНК плесени и бактерий и т.д., и т.п. Всё это кажется «чистой наукой», но именно отсюда родилось, например, ДНК-тестирование.

Оно позволяет изобличить преступника по микроскопическим уликам – одному-единственному волоску, капельке слюны на сигарете. Появилась возможность точно устанавливать родство и личности погибших, выяснять пригодность тканей одного человека для их пересадки другому. ДНК помогает проверять качество пищи, диагностировать ВИЧ-инфекцию, датировать древние рукописи и др.

Поскольку генетика исследует свойства всего живого, то и результаты её находят самое широкое использование – в медицине, производстве продуктов питания, охране природы, даже в обучении и воспитании детей! Генетики конструируют неизвестные в природе материалы и организмы с заданными свойствами, получают новые источники энергии, участвуют в познании космоса.


Эта наука помогает выяснить происхождение и расселение народов, растений и животных, к её помощи прибегают археологи, географы, криминалисты, военные, геологи, инженеры.

Под наследственностью понимают универсальную способность живых организмов передавать потомству информацию о некоторых существенных признаках и особенностях развития. Наследственность позволяет видам живых организмов в течение очень длительных периодов времени оставаться относительно неизменными. Она является выражением преемственности поколений.

Все организмы могут быть сгруппированы в системные единицы, распределяясь по видам, родам и семействам. Такой системный характер жизни на планете стал возможным именно благодаря наследственности. Это свойство дает возможность сохранять сходства и различия внутри отдельных групп, выделяемых в рамках систематизации.

Одна из функций наследственности состоит в сохранении некоторых признаков, проходящих сквозь череду сменяющих друг друга поколений. Другая функция состоит в обеспечении характера обмена веществ, происходящего в процессе развития организмов и в обеспечении нужного типа развития. Становление живого организма проходит через ряд определенных стадий, сменяющих друг друга в четкой последовательности. Такие программы развития также входят в сферу интересов генетики.

Изменчивость как предмет генетики

Другой предмет изучения генетики – изменчивость. Это свойство отражает нестабильное сохранение признаков, которые передаются по наследству от поколения к поколению. Причина изменчивости заключается в изменении и комбинировании генов. Эти процессы идут в ходе индивидуального развития организмов. После наследственности изменчивость считается вторым по значимости фактором, определяющим ход эволюции жизни на Земле.

Изучение наследственности генетики ведут, рассматривая разные уровни организации жизни. При этом анализ начинается на хромосомном и клеточном уровне, постепенно поднимаясь к организмам и целым популяциям. Основной метод, используемый при этом, называется генетическим анализом, включающем в себя в том числе и элементы математической статистики.

Изменчивость генов, которая находит проявление при индивидуальном развитии живых организмов, изучается в рамках раздела науки, называемом онтогенетикой. Арсенал методов здесь достаточно широк, он включает анализ иммунологических реакций, пересадку тканей и даже клеточных ядер. Современная генетика вооружена эффективными инструментами, позволяющими изучать описанные выше свойства организмов, определяющие эволюцию жизненных форм.

Генетика – это такая наука, которая занимается изучением законов, механизмов изменчивости и наследственности. Существует генетика человека, растений, микроорганизмов, животных, классификация зависит от исследуемого объекта. Генетические исследования играют очень существенную роль в сельском хозяйстве и медицине.

Изначально эта наука была призвана для изучения законов наследственности и видоизменяемости, основой которых служили фенотипические (внешние и внутренние признаки, которые приобретаются в результате индивидуального развития) данные.

На сегодняшний день доподлинно известно, что на самом деле гены существуют и никуда от них не деться. Собственная ДНК есть и у растений, и у человека, и у любого организма.

Название этой науке дал натуралист Уильям Бэтсон в 1906 году. Датский ботаник Вильгельм Йохансен ввел в употребление в 1909 году термин «ген».

Благодаря теории наследственности, которую разработал генетик Томас Хант и его сотрудники, генетика стала развиваться в усиленном темпе. С 1910 по 1913 годы изучая закономерности сцепленного наследования, анализируя результаты скрещивания, ученые составили карты на которых было указано расположение генов, а так же сопоставили группы сцепления с хромосомами.

Когда в 1940 – 1950 годах появились работы, которые смогли доказать главную роль ДНК в наследственности, началось развитие молекулярной генетики. Важным прорывом в этой науке стало то, что ученые смогли расшифровать структуру ДНК, механизм действия белкового биосинтеза, триплетного кода.

На территории России, если не брать во внимание опыты с растениями в XVIII, впервые генетические работы были проведены в начале ХХ века. В основном они проводились в кругу биологов, которые занимались экспериментальной зоологией и ботаникой.

Стремительно развиваться эта наука начала после революции (1917 – 1922) в начале тридцатых годов. В СССР создавалась сеть опытных станций. Лидерами в этом направлении были признаны А. С. Серебровский, Н. К. Кольцов, С. С. Четвериков.

К концу тридцатых среди рядов селекционеров и генетиков стал намечаться раскол, который был связан с деятельностью Т. Д. Лысенко (основатель мичуринской агробиологии).

В сороковых годах, многие сотрудники ЦК ВКП, которые занимались курированием генетических исследований, были арестованы, многие попали под расстрел или умерли в тюрьмах. Среди них был и Н.И. Вавилов (советский ученый, генетик, селекционер).

В 1948 году Лысенко воспользовавшись поддержкой И. В. Сталина, заявил, что генетика является лженаукой. Начался период гонения этой науки, который в дальнейшем получил название лысековщина.

Лисенко получил полный контроль над биологическими отделениями АН СССР, вузовскими кафедрами. Велась усиленная пропаганда «Мичуринской биологии». Люди, которые посвятили свою жизнь генетике, вынуждены были оставлять научную деятельность или радикально менять профиль работы.

Лишь к середине шестидесятых годов началось постепенное восстановление генетики как науки.

Современная генетика является и спасением, и самым страшным оружием массового уничтожения. Польза генетических исследований для медицины огромна, но вот употребление в пищу трансгенных продуктов питания уже негативно сказываются на здоровье многих людей.

Исследования на подопытных крысах показали, что питание генномодифицированными продуктами приводит к онкологическим заболеваниям и негативно сказывается на иммунной системе животных.

Природа, так или иначе, отсекает все лишнее.

Генетика

Набор аллелей для данного организма, называется его , а наблюдаемая характеристика или признак организма называют его . Когда говорят, что данный организм гетерозиготный по гену, часто одну аллель указывают как доминирующую (доминантную), поскольку ее качества преобладают в фенотипе организма, в то время как другие аллели называются рецессивными, поскольку их качества могут отсутствовать и не наблюдаться. Некоторые аллели не имеют полного доминирования, а взамен имеют неполное доминирование промежуточного фенотипа, или т.н. - обе черты являются доминантными одновременно, и обе черты присутствуют в фенотипе.

Когда пара организмов размножается половым путем, их потомки случайно наследуют один из двух аллелей от каждого из родителей. Наблюдение дискретного наследования и сегрегация аллелей в общем известны как , или закон сегрегации (закон единообразия гибридов первого поколения).

Взаимодействие нескольких генов

Человеческий рост представляет собой комплексный генетический признак. Результаты исследования, полученные Фрэнсисом Гальтон в 1889 году, показывают взаимосвязь между ростом потомков и средним ростом их родителей. Однако корреляция не является абсолютной и присутствуют значительные отклонения от генетической изменчивости в росте потомков, что свидетельствует о том, что окружающая среда является также важным фактором этого признака.

Организмы имеют тысячи генов, а во время полового размножения ассортимент этих генов в основном является независимым, то есть их наследования происходит случайным образом без связи между ними. Это означает, что наследование аллелей для желтого или зеленого цвета горошка не имеет отношения к наследованию аллелей для белого или фиолетового цвета цветов. Этот феномен, известный как , или "Закон независимого наследования" (закон расщепления признаков), означает, что аллели разных генов перемешиваются между родителями для формирования потомков с различными комбинациями. Некоторые гены не могут быть унаследованы отдельно, поскольку для них предназначена определенная генетическая связь, которая обсуждается в дальнейшем в статье.

Часто разные гены могут взаимодействовать таким образом, что они влияют на одну и ту же характерную черту. Например, в пупочнике весеннем (Omphalodes verna) существует ген из аллелей, определяющих цвет цветка: голубой или пурпурный. Однако другой ген контролирует или вообще имеет цветок цвет либо он белый. Когда растение имеет две копии белой аллели, его цветы являются белыми, независимо от того первый ген имел голубую или пурпурную аллель. Это взаимодействие между генами, называется - активность одного гена находится под влиянием вариаций других генов.

Многие признаки не являются дискретными чертами (например, фиолетовые или белые цветки), но зато есть непрерывными чертами (например, человеческий рост и цвет кожи). Этот комплекс признаков является следствием наличия многих генов. Влияние этих генов является связующим звеном различных степеней влияния окружающей среды на организмы. - это степень вклада генов организма к комплексу характерных черт. Измерение наследственности черт является относительным - в среде которая часто изменяется, она имеет большее влияние на общую смену характерных признаков. Например, в Соединенных Штатах рост человека является комплексной чертой с вероятностью наследования 89%. Однако, в Нигерии, где люди имеют существенную разницу в возможностях доступа к хорошему питания и здравоохранению, вероятность наследования такого признака как рост всего 62%.

Воспроизведение

Когда происходит деление клеток, их геном полностью копируется, и каждая дочерняя клетка наследует один полный набор генов. Этот процесс называется - простейшая форма воспроизведения и основа для вегетативного (бесполого) размножения. Вегетативное размножение может также происходить и в многоклеточных организмах, создавая потомков, которые наследуют геном от одного отца. Отпрысков, которые являются генетически идентичными с их родителями, называют клонами.

Эукариотные организмы часто используют половое размножение для получения потомства, имеющие смешанный генетический материал, унаследованный от двух разных отцов. Процесс полового размножения меняется (чередуется) в зависимости от типа, который содержит одну копию генома ( и двойную копию (). Гаплоидные клетки образуются в результате и сливаясь с другой гаплоидной клеткой генетический материал для создания диплоидной клетки с парными хромосомами (напр. слияние (гаплоидная клетка) и (гаплоидная клетка)) вызывает образование . Диплоидные клетки путем деления образуют гаплоидные клетки, без воспроизведения их ДНК, для создания дочерних клеток, которые случайно наследуют одну из каждой пары хромосом. Большинство животных и многие растения являются диплоидными организмами на протяжении большей части своей жизни, с гаплоидной формой, которая характерна только для одной клетки - .

Несмотря на то, что они не используют гаплоидный / диплоидный способ полового размножения бактерии имеют много способов получения новой генетической информации (то есть для изменчивости). Некоторые бактерии могут пройти , передавая небольшой круговой фрагмент ДНК другой бактерии. Бактерии могут также принимать чужеродные фрагменты ДНК из окружающей среды и интегрировать их в свой геном, этот феномен, известный как трансформация . Этот процесс называют также - передача фрагментов генетической информации между организмами, которые не связанны между собой.

Генетика , наука о наследственности и изменчивости живых организмов. Так как эти свойства присущи всем без исключения организмам, они представляют важнейшие характеристики жизни в целом, а генетика служит фундаментом всей биологии.

В течение тысячелетий при разведении домашних животных и культурных растений человек пользовался добытыми на основании опыта сведениями о передаче от поколения к поколению хозяйственно-полезных признаков. Однако первые научные представления о сущности явлений наследственности и изменчивости появились лишь во 2-й пол. 19 в. В 1865 г. Г. Мендель сообщил результаты своих опытов по скрещиванию сортов и сформулировал закономерности наследования «зачатков» (позднее их назвали генами), определяющих альтернативные признаки. Эта работа была понята и оценена только в 1900 г., когда законы Менделя независимо друг от друга заново открыли трое учёных. С этого момента началось бурное развитие генетики, подготовленное достигнутыми в кон. 19 в. успехами цитологии (выяснение механизмов митоза и мейоза, гипотеза о роли клеточного ядра в наследственности, теоретические работы А. и др.). В первой трети 20 в. была выявлена роль мутаций в наследственной изменчивости, а также получены первые результаты по искусственному мутагенезу. Т.Х. Морган и его ученики создали хромосомную теорию наследственности. Плодотворно развивалась генетика и в нашей стране: Н.И. Вавилов открыл закон гомологических рядов в наследственной изменчивости, были выполнены выдающиеся работы по изучению сложного строения гена, установлена роль мутационного процесса в природных , что позволило объединить закономерности генетики с . Крупных успехов отечественные учёные достигли в частной генетике растений и животных. Вместе с тем неясным оставался один из самых принципиальных вопросов – вопрос о химической природе генетического материала – «вещества наследственности». Наконец, в 1944 г. экспериментально было доказано, что этим веществом у бактерий являются нуклеиновые кислоты, точнее – дезоксирибонуклеиновая кислота, или ДНК. Начавшееся с сер. 20 в. широкое применение в генетических исследованиях методов и идей химии, физики и математики привело к возникновению молекулярной генетики и, несколько шире, молекулярной биологии. Датой рождения последней обычно считают 1953 г., когда Дж. Уотсон и Ф. Крик не только установили структуру ДНК (предложили модель т. н. двойной спирали), но и объяснили биологические функции этой гигантской молекулы (а значит, и свойства наследственности и изменчивости) её химическим строением.

Следующими достижениями стали установление принципов работы генетического кода (1961–1965), выяснение различных аспектов организации и функционирования генетического материала у разных групп организмов, создание генной инженерии. В самом начале 21 в. международная группа учёных завершила многолетнюю работу по расшифровке генома человека.

Генетика внесла огромный вклад в решение многих проблем сельского хозяйства, медицины, микробиологической и фармацевтической промышленности. Все шире её методы используются в криминалистике, палеонтологии, истории. Без учёта генетических закономерностей невозможно понимание фундаментальных свойств жизни, характера её на Земле. Таким образом, генетика остаётся одной из наиболее перспективных и быстро развивающихся отраслей биологии.