Генетика. Предмет, задачи и методы генетики

Генетика —- наука о наследственности и изменчивости живых организмов и методах управления ими. В ее основу легли закономерности наследственности, установленные выдающимся чешским ученым Грегором Менделем (1822—1884) при скрещивании различных сортов гороха.

Наследственность — это неотъемлемое свойство всех живых существ сохранять и передавать в ряду поколений характерные для вида или популяции особенности строения, функционирования и развития. Наследственность обеспечивает постоянство и многообразие форм жизни и лежит в основе передачи наследственных задатков, ответственных за формирование признаков и свойств организма. Благодаря наследственности некоторые виды (например, кистеперая рыба латимерия, жившая в девонском периоде) оставались почти неизменными на протяжении сотен миллионов лет, воспроизводя за это время огромное количество поколений.

В то же время в природе существуют различия между особями как разных видов, так и одного и того же вида, сорта, породы и т. д. Это свидетельствует о том, что наследственность неразрывно связана с изменчивостью.

Изменчивость — способность организмов в процессе онтогенеза приобретать новые признаки и терять старые. Изменчивость выражается в том, что в любом поколении отдельные

особи чем-то отличаются и друг от друга, и от своих родителей. Причиной этого является то, что признаки и свойства любого организма есть результат взаимодействия двух факторов: наследственной информации, полученной от родителей, и конкретных условий внешней среды, в которых шло индивидуальное развитие каждой особи. Поскольку условия среды никогда не бывают одинаковыми даже для особей одного вида или сорта (породы), становится понятным, почему организмы, имеющие одинаковые генотипы, часто заметно отличаются друг от друга по фенотипу, т. е. по внешним признакам.

Таким образом, наследственность, будучи консервативной, обеспечивает сохранение признаков и свойств организмов на протяжении многих поколений, а изменчивость обусловливает формирование новых признаков в результате изменения генетической информации или условий внешней среды.

Задачи генетики вытекают из установленных общих закономерностей наследственности и изменчивости. К этим задачам относятся исследования: 1) механизмов хранения и передачи генетической информации от родительских форм к дочерним; 2) механизма реализации этой информации в виде признаков и свойств организмов в процессе их индивидуального развития под контролем генов и влиянием условий внешней среды; 3) типов, причин и механизмов изменчивости всех живых существ; 4) взаимосвязи процессов наследственности, изменчивости и отбора как движущих факторов эволюции органического мира.

Генетика является также основой для решения ряда важнейших практических задач. К ним относятся: 1) выбор наиболее эффективных типов гибридизации и способов отбора; 2) управление развитием наследственных признаков с целью получения наиболее значимых для человека результатов; 3) искусственное получение наследственно измененных форм живых организмов; 4) разработка мероприятий по защите живой природы от вредных мутагенных воздействий различных факторов внешней среды и методов борьбы с наследственными болезнями человека, вредителями сельскохозяйственных растений и животных; 5) разработка методов генетической инженерии с целью получения высокоэффективных продуцентов биологически активных соединений, а также для создания принципиально новых технологий в селекции микроорганизмов, растений и животных.

При изучении наследственности и изменчивости на разных уровнях организации живой материи (молекулярный, клеточный,

организменный, популяционный) в генетике используют разнообразные методы современной биологии: гибридологический, цитогенетический, биохимический, генеалогический, близнецовый, мутационный и др. Однако среди множества методов изучения закономерностей наследственности центральное место принадлежит гибридологическому методу. Суть его заключается в гибридизации (скрещивании) организмов, отличающихся друг от друга по одному или нескольким признакам, с последующим анализом потомства. Этот метод позволяет анализировать закономерности наследования и изменчивости отдельных признаков и свойств организма при половом размножении, а также изменчивость генов и их комбинирование.

Краткая история генетики. Изменение представлений о материальном носителе наследственности до работ Уотсона и Крика (клетка – хромосомы – гены – ДНК). Генетика в системе естественных и гуманитарных наук.

Исследования Г.Менделя о дискретности явления наследственности, не нашедшие отклика в научных кругах своего времени, оказались востребованными спустя более 30 лет. Важную роль в подготовке общественного сознания сыграли путешествия и работы Ч.Дарвина, который показал важность наследственности, изменчивости и отбора для эволюционных процессов. Всё это явилось мощным стимулом для развития научных экспериментов по гибридизации организмов, вследствие чего были заложены основы генетической науки. Деление генетики на два периода – период классических представлений и период молекулярных исследований достаточно условно, поскольку основы молекулярной генетики закладывались ещё в 30-40-е гг. ХХ столетия, благодаря постепенной смене генетических объектов на более простые (микроорганизмы, вирусы), а также работам по трансформации, конъюгации и трансдукции.

Период классической генетики можно охарактеризовать введением основных понятий (ген, генотип, фенотип, мутация, хромосома), подтверждением универсальных законов наследования признаков у животных и растений, формированием представлений о хромосомной природе наследственности, широким использованием цитологических методов исследования. Важнейшим результатом этого периода следует признать формулирование хромосомной теории наследственности.

Происходит накопление знаний о влиянии внешних факторов (радиации, химических веществ) на наследственность организмов. Представления о мутациях получают материальную основу.

Происходит накопление сведений о том, что именно ДНК, а не белки является носителем генетической информации. Опыты по трансформации бактерий (напр., превращение инфекционного R-штамма пневмококков в инфекционную форму – S-штамм), по конъюгации (в результате которой происходит перенос части генетического материала из одной бактериальной клетки в другую), трансдукции (напр., перенос генетического материала фага в бактерию, при сохранении белковой оболочки снаружи клетки) подготовили почву для утверждения этого тезиса. Главным препятствием оставались представления о циклической структуре ДНК, образованной четырьмя известными нуклеотидами.

Важную роль в решении последней проблемы сыграли работы Э.Чаргаффа по изучению нуклеотидного состава ДНК разных организмов, а также получение и исследование кристаллов ДНК методом рентгеноструктурного анализа.

Поэтому модель Дж.Уотсона и Ф.Крика явилась подлинным откровением, решившим сразу множество проблем.

Последовавшие эксперименты по синтезу вирусной частицы и ДНК (А.Корнберг), расшифровка генетического кода, разработка схемы генетического контроля функционирования генов (Ф.Жакоб, Ж.Моно), искусственный синтез генов (Г.Хорана) совершили подлинный прорыв в становлении и развитии молекулярно-биологических методов.

В то же время необходимо помнить причины гонений и запретов на развитие генетики в нашей стране, а также ряд известных имён учёных с мировым именем и ведущие научные центры генетических исследований нашей страны.