Genetika je veja biologije, ki proučuje materialne osnove dednosti in variabilnosti ter mehanizme evolucije organskega sveta.
Za utemeljitelja genetike velja Gregor Mendel, opat samostana v Brnu (Češka), ki je predlagal hibridološko metodo za preučevanje dednosti in odkril zakonitosti neodvisnega dedovanja lastnosti. Ti zakoni so poimenovani po Mendelu. Ponovno so jih odkrili na začetku 20. stoletja, razložili pa sredi stoletja, po odkritju in študijah nukleinske kisline, vključno z DNK.
Najpomembnejši koncepti genetike vključujejo dednost, variabilnost, gen, genom, genotip, fenotip in sorte genskega sklada.
Oglejmo si naštete koncepte podrobneje.
Dednost je sposobnost staršev, da na svoje potomce prenesejo določene lastnosti, ki so strogo značilne za te organizme. Tako potomci rastlin ne morejo biti živali; iz pšeničnega semena se ne more razviti palma itd.
Obstaja več vrst dednosti.
1. Jedrska dednost, ki jo določa genom celic, ki se nahajajo v jedru (za informacije o genomu glej spodaj). Ta vrsta dednosti je najpogostejša in značilna za vse evkarionte.
2. Citoplazemska dednost, ki jo določa genom, ki se nahaja v citoplazmi (v plastidih, mitohondrijih, celični center itd.). Primer te dednosti je pestrost vijolice Night Beauty, ki jo določa gen pestrosti, ki se nahaja v citoplazmi jajčeca.
Vloga dednosti je, da:
1) zagotavlja obstoj določene vrste v določenem zgodovinskem obdobju;
2) utrjuje tiste lastnosti organizmov, ki so nastale zaradi variabilnosti in so se izkazale za ugodne za obstoj organizma v danem okolju.
Variabilnost je sposobnost različnih osebkov določene vrste, da kažejo značilnosti, po katerih se ti organizmi razlikujejo od drugih.
V naravi ni dveh popolnoma enakih organizmov. Celo dvojčka, ki se razvijeta iz istega jajčeca, imata lastnosti, po katerih se razlikujeta drug od drugega. Obstaja več vrst variabilnosti.
1. Spremenljivost (specifična, skupinska) variabilnost je praviloma morfološka variabilnost (sprememba velikosti organizma glede na življenjske pogoje, posamezne dele organizem - listi, cvetovi, stebla itd.). Razlog za takšno variabilnost je precej enostavno ugotoviti (od tod tudi ime "določen"), ker razmere vplivajo na organizme na približno enak način, bodo imeli različni posamezniki iste vrste približno enake spremembe (to pojasnjuje ime "skupina"). ). Pomembno je vedeti, da modifikacijska variabilnost ne vpliva na dedno snov (genotip), zato ni podedovana in jo imenujemo tudi »nededna«.
2. Mutacijska (dedna, nedoločena, individualna) variabilnost je povezana s spremembami dedne snovi. Možno je ugotoviti vzrok takšne variabilnosti, vendar je zelo težko, od tod tudi ime "negotovo". Ta variabilnost vpliva na posamezen organizem, tudi na njegove posamezne dele, od tod tudi ime »posameznik«. Mutacijska variabilnost podeduje organizem, in če je nastala sprememba ugodna za njegovo preživetje, se taka sprememba utrdi v potomcih, če ne, potem nosilci nastalih lastnosti umrejo.
Mutacijska variabilnost je heterogena in ima več različic:
1. Kromosomska variabilnost je povezana s spremembami v strukturi kromosomov. Ena od njegovih vrst je kombinativna variabilnost, ki nastane zaradi križanja.
2. Variabilnost gena je povezana s kršitvijo strukture gena.
Vsaka mutacijska variabilnost je povezana s spremembo genotipa, kar posledično vodi do spremembe fenotipa. Mutacijska variabilnost se kaže v različnih oblikah mutacij, med katerimi ločimo naslednje:
1. Poliploidija - večkratno povečanje števila kromosomov; opazen predvsem pri rastlinah; induciramo jo lahko umetno, kar se veliko uporablja v žlahtnjenju za premagovanje ovir pri medvrstnem križanju (tako so pridobljeni tritikala, pšenično-pšenični hibrid itd.).
2. Somatske mutacije - spremembe, ki nastanejo zaradi različnih modifikacij v kromosomih somatskih celic (privede do spremembe le dela organizma); te mutacije niso podedovane, saj ne vplivajo na kromosome gamete. Somatske mutacije lahko uporabimo pri izbiri organizmov, ki se razmnožujejo vegetativno (tako je bila vzgojena sorta šeststogramske jablane antonovka).
Vloga variabilnosti je, da:
1) zagotavlja boljšo prilagodljivost telesa razmeram zunanje okolje;
2) ustvarja predpogoje za izvajanje mikroevolucije, saj genske mutacije v zarodnih celicah vodijo do pojava lastnosti, ki močno razlikujejo en organizem od drugega, in če se takšne lastnosti izkažejo za ugodne za organizem, se pritrdijo v potomcih in kopičijo, kar na koncu vodi do nastanka novih vrst.
Gen je del molekule DNK, ki je odgovoren za prisotnost in prenos določene lastnosti organizma.
Genom je skupek vseh genov v danem organizmu.
Genotip. Obstaja razlika med genotipom v širšem in ožjem pomenu tega izraza. IN v širšem smislu genotip je celota vseh genov v kromosomih in citoplazmi celice določenega organizma, ki določajo lastnosti organizma in jih prenašajo v dedovanje.
V genetskih študijah se pogosto uporablja koncept "genotip v". v ožjem smislu besede" - ko pri karakterizaciji organizma govorijo o genih, ki označujejo eno ali več lastnosti, izbranih za raziskavo (na primer genotip graha z zelenimi semeni). V raziskavah je uporaba genotipa v širšem pomenu besede skoraj nemogoča, saj nastanejo težave pri obdelavi eksperimentalnih rezultatov.
Genotip (na splošno) za organizme določene vrste je skoraj enak - z nekaj majhnimi razlikami, ki označujejo individualnost tega določenega organizma.
Genski sklad vrste je celota vseh genov v vseh posameznikih, ki pripadajo določeni vrsti.
Genski sklad biocenoze je celota vseh genov, ki pripadajo vsem organizmom, ki tvorijo določeno biocenozo.
Genski sklad planeta je celota vseh genov vseh posameznikov vseh vrst, ki naseljujejo planet.
Fenotip. Fenotip, tako kot genotip, ločimo v širšem in ožjem pomenu izraza.
Fenotip v širšem smislu pomeni celoto vseh znakov in lastnosti organizmov, ki se razvijajo med življenjem v določenih okoljskih razmerah, oblikovanih na podlagi genotipa pod vplivom zunanje razmere okolju.
Na podlagi fenotipa kot celote je nemogoče ugotoviti vzorce dedovanja določenih lastnosti, saj jih je veliko in so med seboj tesno prepleteni, zato je treba razlikovati med pojmom "fenotip" v ozkem pomenu besede.
Fenotip v ožjem pomenu pomeni eno ali več specifični znaki ki označuje določen organizem (število takih znakov ne presega treh ali štirih). Tako lahko grah označimo z nagubanimi zelenimi semeni (tu sta uporabljeni dve lastnosti). Vsaka lastnost je povezana z materialnim nosilcem (genom) te nepremičnine telo.
Različice obstajajo, ko je fenotip strogo povezan z danim genotipom. na primer zelena seme graha določa samo gen za zeleno barvo semena. Obstajajo tudi primeri, ko je dani fenotip povezan z drugim genotipom, na primer rumeno barvo semena graha lahko določijo geni rumena seme, ali kombinacija rumenega gena in zelenega gena semena, tj. En fenotip lahko ustreza več genotipom (v ožjem pomenu teh izrazov).
Splošne značilnosti raziskovalnih metod, ki se uporabljajo v genetiki
Vzorci dedovanja lastnosti po organizmih omogočajo nadzor teh procesov med selekcijo, kar prispeva k pomembnemu razvoju tega področja znanja.
V razvoju genetike je več stopenj.
Za prvo fazo (1865-1903) je značilen začetek raziskovanja in postavitev temeljev genetike. Ustanovitelj doktrine zakonov dedovanja G. Mendel je predlagal in široko uporabljal hibridološko metodo raziskovanja in prvi odkril zakone neodvisnega dedovanja znakov. Mendelove zakone so ponovno odkrili G. de Vries, K. Correns in E. Cermak. Leta 1900 je V. Johansen prvič oblikoval koncept "populacije" in namesto koncepta "dednega dejavnika" uvedel pojme "gen", "genotip", "fenotip". Takrat materialna osnova gena ni bila znana, zaradi česar so materialisti podcenjevali genetiko.
Druga faza v razvoju genetike (1903-1940 20. stoletja) je povezana s preučevanjem problemov genetike v celični ravni. Najvišja vrednost Obstajajo dela T. Boveri, W. Setton in E. Wilson, ki so ugotovili razmerje med zakoni G. Mendela in porazdelitvijo kromosomov v procesu mitoze in mejoze. T. Morgan je odkril zakon »vezanega dedovanja« in ga razložil s stališča celična teorija. Najden je bil priročen predmet genetske raziskave- vinska mušica Drosophila. N. I. Vavilov je odkril zakon homologne serije dedovanje.
Tretja stopnja v razvoju genetike se začne v 40. letih 20. stoletja. in traja še danes. Na tej stopnji se preučujejo in razlagajo genetski vzorci molekularni ravni. V tem času so odkrili nukleinske kisline, ugotovili njihovo strukturo, razkrili materialno osnovo gena kot nosilca dednosti in razvili principe. genski inženiring, genetika je postala znanstveno podlago izbor, kar je njegov glavni praktični pomen.
Pogosto se uporablja v genetiki naslednje metode raziskovanje.
1. Hibridološka raziskovalna metoda je sestavljena iz jemanja organizmov z dramatično različnimi lastnostmi te vrste, na primer rastline z belimi in rdečimi cvetovi, semena različnih oblik ali barv, živali različnih dolžin linija las ali različne barve dlake itd. Te organizme križajo in preučujejo vzorec dedovanja različnih lastnosti po potomcih.
Obstajajo monohibridna, dihibridna in polihibridna križanja (di-, tri-, tetra- in druge so različice polihibridnega križanja).
Pri monohibridnem križanju preučujejo organizme, ki se razlikujejo po lastnostih iste vrste, na primer križajo rastline s cvetovi različne barve ali s semeni različne oblike ali navzkrižno oprašene (brezroge) koze z rogatimi itd.
Pri dihibridnem križanju so organizmi, ki imajo različna znamenja dve vrsti, na primer križanje graha z gladkimi in rumenimi semeni z grahom, katerega seme je zeleno in nagubano, ali križanje živali z dolgo črno dlako z živalmi s kratko in belo dlako itd.
Hibridološka metoda genetskih raziskav je uporabna in zelo učinkovita za organizme, ki dajejo velike plodne potomce in pogosto vstopajo v procese razmnoževanja (rastline z kratkoročno razvoj, žuželke, mali glodalci itd.).
2. Genealoška metoda Raziskave v genetiki so sestavljene iz preučevanja rodovniških linij potomcev. Za živali so to matične knjige potomcev, za ljudi pa rodovne knjige plemičev, kjer so navedeni in zabeleženi potomci različnih plemen. najpomembnejši znaki, vključno z boleznimi.
Ta metoda se uporablja pri proučevanju vzorcev dedovanja pri ljudeh in velikih živalih, ki dajejo malo potomcev in imajo dolgo obdobje doseganje pubertete.
3. Dvojna metoda genetskih raziskav je povezana s preučevanjem vpliva okolju na organizme z zelo podobnim genotipom (v širšem pomenu izraza). Ta metoda je tesno povezana z genealoško metodo in je uporabna za preučevanje značilnosti dedovanja istih organizmov kot genealoška metoda.
Da bi razumeli zakone dedovanja, morate poznati nekaj izrazov. Ti izrazi so obravnavani spodaj.
Najpomembnejši pojem genetike je gen, ki je dedna enota in določa naravo dedovanja in možnost razvoja lastnosti. IN haploidni niz Kromosomi (genom prokariotov ali zarodnih celic) imajo en gen, ki določa eno ali drugo lastnost. Somatske celice vsebujejo diploidni niz kromosomov, obstajajo homologni kromosomi in vsak tip (vrsta) lastnosti praviloma določata dva gena.
Sorte iste vrste lastnosti, ki se med seboj izključujejo, imenujemo alternativne (npr. rumena in zelena barva semena, dolga in kratka dlaka).
Geni se glede na naravo njihove lokacije na kromosomih in značilnosti, za katerih razvoj so odgovorni, delijo na alelne in nealelne.
Alelni so geni, ki se nahajajo v istih lokusih homolognih kromosomov in nadzorujejo razvoj alternativnih lastnosti (na primer geni za gladko in nagubano površino grahovega zrna).
Nealelni geni nadzorujejo različne nealternativne lastnosti; nahajajo se lahko na istih ali različnih kromosomih (na primer geni za rumeno barvo semena in gladko površino semena).
Alelni geni so glede na naravo njihovega vpliva drug na drugega razdeljeni v tri vrste: prevladujoči (zatiranje), recesivni (zatirani) in enakovredni (enakovredni, geni enakega učinka).
Dominantni so tisti alelni geni, ki zavirajo manifestacijo druge alternativne lastnosti, za katero je odgovoren drug alelni gen (npr. gen za rumeno barvo semena zavira gen za zeleno barvo semena in novonastali potomci bodo imeli rumena semena). Ti geni kažejo z velikimi tiskanimi črkami latinska abeceda, na primer A, B, C itd.
Recesivni so tisti alelni geni, katerih učinek se ne pokaže v prisotnosti drugih parnih genov ustrezne alternativne lastnosti (npr. gen za nagubano obliko semena graha se ne pokaže v prisotnosti gena za gladko obliko). semena graha, zaradi česar bodo v rastlinah, pridobljenih po križanju rastlin z gladko in nagubano površino semena, semena z gladko površino). Ti geni kažejo male črke latinica, na primer A 1 in A 2; B 1 in B 2 itd.
Geni z enakim vplivom so tisti alelni geni, ki, če so izpostavljeni drug drugemu, proizvajajo vmesne značilnosti (na primer geni za belo in rdečo barvo cvetnih listov cveta vijolice Night Beauty, ki so v istem organizmu, vodijo do videz rastlin z roza cvetovi). Označeni so z velikimi črkami latinske abecede z indeksom, na primer A 1 in A 2; B 1 in B 2 itd.
organizmi, somatske celice ki vsebujejo enake alelne gene, se imenujejo homozigoti (na primer AA, bb ali AABB itd.).
Organizmi, katerih somatske celice vsebujejo različne alelne gene, se imenujejo heterozigoti (označujejo jih AA, Bb, AABB).
Recesivne lastnosti (lastnosti, za katere so odgovorni recesivni geni) se pojavijo samo v homozigotni organizmi, ki vsebuje dva enaka alelni gen, odgovoren za recesivno lastnost.
Evolucijska teorija in genetika
Genetika ima velik vpliv razumeti in razložiti številna vprašanja evolucijske teorije. Tako brez zamisli, ki jih je razvila genetika, ni mogoče razložiti vzroka evolucije. Koncept »idealne populacije« veliko pojasni pri razlagi temeljev evolucijske teorije.
Populacijska genetika je tesno povezana z evolucijska teorija. Njo najpomembnejši koncept je idealna populacija - hipotetična populacija, ki ni sposobna realnega obstoja, ker v njej ne nastajajo nove mutacije, ni selekcije, ki daje prednost (neugodnim) določenim genom, in je zagotovljena možnost naključne kombinacije genov (zaradi velika velikost populacija), ki je popolnoma izolirana od vpliva drugih populacij.
Za idealne populacije velja Hardy-Weinbergov zakon (1908): V idealni populaciji se prosto križanje ne spremeni relativne frekvence genov (pogostnosti homo- in heterozigotov) za vse naslednje generacije.
V realnih populacijah se ta zakon ne izvaja, saj je pojav mutacij neizogiben zaradi nenehno spreminjajočih se mikro- in makropogojev. V teh populacijah prihaja do stalnega križanja in selekcije.
Zaradi križanja z relativno fenotipsko homogenostjo pride do kopičenja osebkov z recesivnimi značilnostmi in na določeni stopnji postane mogoče križati organizme s takšnimi značilnostmi, ki se fenotipsko manifestirajo, kar vodi bodisi do utrditve teh lastnosti kot rezultat naravna selekcija, ali do izumrtja, kar ustvarja osnovo za procese speciacije.
Posledično je vsaka vrsta in vsaka populacija kompleksen heterozigoten sistem, ki vsebuje rezervo dedna variabilnost, ki ustvarja osnovo za evolucijske procese (od mikroevolucije do makroevolucije).
Genetika(iz grščine genzfsht - izvira iz nekoga) - znanost o zakonih in mehanizmih dednosti in variabilnosti. Glede na predmet študija je razvrščena genetika rastlin, živali, mikroorganizmov, ljudi in drugih; odvisno od metod, ki se uporabljajo v drugih disciplinah – molekularni genetiki, okoljski genetiki in drugih. Igrajo se ideje in metode genetike pomembno vlogo v medicini, kmetijstvu, mikrobiološki industriji, pa tudi v genskem inženirstvu.
Prvotno so preučevali genetiko splošni zakoni dednost in variabilnost na podlagi fenotipskih podatkov. Razumevanje mehanizmov dedovanja, to je vloge genov kot osnovnih prenašalcev dedne informacije, kromosomska teorija dednosti itd. je postalo mogoče z uporabo metod citologije, molekularne biologije in drugih sorodnih disciplin na problem dednosti.
Osnove moderna genetika postavila G. Mendel, ki je odkril zakone diskretne dednosti (1865), in šola T. H. Morgana, ki je utemeljila kromosomska teorija dednost (1910). V ZSSR v letih 1920-1930 so izjemen prispevek k genetiki prispevala dela N. I. Vavilova, N. K. Koltsova, S. S. Četverikova, A. S. Serebrovskega in drugih.
G. Mendlovi zakoni
Zakon enotnosti: Hibridi prve generacije ali prvi Mendelov zakon pravi, da imajo potomci prve generacije iz križanja stabilnih oblik, ki se razlikujejo po eni lastnosti, enak fenotip za to lastnost. Poleg tega imajo lahko vsi hibridi fenotip enega od staršev (popolna prevlada), kot je bilo v Mendelovih poskusih, ali, kot je bilo ugotovljeno kasneje, vmesni fenotip (nepopolna prevlada). Kasneje se je izkazalo, da lahko hibridi prve generacije kažejo lastnosti obeh staršev (kodominanca). Ta zakon temelji na dejstvu, da so pri križanju dveh oblik, homozigotnih za različne alele (AA in aa), vsi njihovi potomci enaki v genotipu (heterozigoti - Aa) in s tem v fenotipu.
Zakon cepitve, ali drugi Mendelov zakon pravi, da se med križanji hibridov prve generacije med hibridi druge generacije v določenih razmerjih pojavijo osebki s fenotipi prvotnih starševskih oblik in hibridi prve generacije. Tako je v primeru popolne dominance identificiranih 75 % osebkov z dominantno in 25 % z recesivno lastnostjo, to je dva fenotipa v razmerju 3:1 (slika 1). pri nepopolna prevlada in kodominanco ima 50 % hibridov druge generacije fenotip hibridov prve generacije in 25 % fenotip prvotnih starševskih oblik, tj. opaziti je delitev 1:2:1. Drugi zakon temelji na pravilnem obnašanju para homolognih kromosomov (z aleloma A in a), ki zagotavlja nastanek dveh vrst gamet pri hibridih prve generacije, zaradi česar je med hibridi druge generacije osebke treh možnih genotipov identificiramo v razmerju 1AA:2Aa:1aa. Posebne vrste interakcij alelov dajejo delitev glede na fenotip v skladu z drugim Mendelovim zakonom.
Zakon neodvisne kombinacije (dedovanja) lastnosti, ali tretji Mendlov zakon pravi, da se vsak par alternativnih lastnosti obnaša neodvisno drug od drugega v nizu generacij, zaradi česar se med potomci druge generacije pojavijo posamezniki z novimi (glede na starša) kombinacijami lastnosti pojavljajo v določenem razmerju. Na primer pri prečkanju izvirne oblike, ki se razlikujejo po dveh značilnostih, so v drugi generaciji identificirani posamezniki s štirimi fenotipi v razmerju 9: 3: 3: 1 (primer popolne prevlade). V tem primeru imata dva fenotipa "starševske" kombinacije lastnosti, preostala dva pa sta nova. Ta zakon temelji na neodvisnem obnašanju (cepitvi) več parov homolognih kromosomov (slika 2). Na primer, pri dihibridnem križanju to vodi do nastanka 4 vrst gamet v hibridih prve generacije (AB, Ab, aB, ab) in po nastanku zigote - naravna delitev glede na genotip in s tem fenotip.
Rojstvo otroka je proces pravega čudeža. Sposobnost podariti življenje je veliko darilo. In seveda imajo prvi pogovori in razprave, ki potekajo okoli novorojenčka, en sam cilj – ugotoviti podobnosti med dojenčkom in njegovimi starši.
Kako izgleda novorojenček? Za očeta ali mamo, babico ali dedka? To je glavna tema pogovorov v naslednjem obdobju. Toda ko dojenček raste, poleg tega zunanji znaki, presenetljivi trenutki se razkrijejo tudi v njegovem obnašanju in dejanjih. Reakcija na trenutne dogodke, hoja, najljubše poze in celo način govora - v vsem tem lahko vidite, kako zrcalna slika, jaz. Kako so ti dejavniki pridobljeni? Kaj vpliva na videz in značaj malega človeka?
Genetika kot znanost
Genetika je veda, ki proučuje dednost in variabilnost živih organizmov. Tisti, ki so imeli človeka za edinstveno stvaritev narave, so imeli prav. Zahvaljujoč genetiki smo se naučili, da koncept usnjene torbe, napolnjene z mesom in kostmi, nima podlage v realnosti. Vsebnik informacij, posoda, polna skrivnosti in ugank - tako ta znanost dojema človeka.
Kako se informacije prenašajo iz roda v rod? Kaj prispeva k takemu pojmu, kot je dednost? To so glavna vprašanja, na katera išče odgovore znanost, imenovana genetika.
Genetika kot znanost je šla skozi več stopenj. Pot razvoja te discipline je bila ovinkasta in trnova. Utemeljitelji znanosti so bili evropski menihi, ki so posvečali pozornost prenosu dednih lastnosti pri rastlinah in žuželkah.
Barva fižola, barva mušnic - to so glavne značilnosti, ki so vzbudile resnično zanimanje med menihi in na katerih so eksperimentirali prvi genetiki. 1865 leto priznanja znanosti. Razlog za pozornost štipendij znanosti v smeri tega trenda je bilo delo avstrijskega meniha Johanna Mendela "Poskusi na rastlinskih hibridih". Današnje ime je znanost dobila leta 1906, leta 1909 pa se je pojavil pojem gen, ki ga danes pozna vsak šolar.
Genetika v sodobnem času
Časi, ko je bila genetika omejena na opazovanje in preučevanje najpreprostejših organizmov, so že zdavnaj šli v pozabo. zdaj tej smeri ima širok spekter nalog in velik pomen v življenju sodobnega človeštva.
Medicina, šport visoke dosežke, kmetijstvo in živilska industrija, vojaško-industrijski kompleks– vse to je le majhen del uporabe genetike v sodobnem svetu.
Povečan pridelek, pridelki, odporni proti zmrzali in toploti, nezahtevni pri predelavi in imajo visoko odpornost proti škodljivcem. Športniki, ki so sposobni podreti vse rekorde. Vojaki s super močmi. Odsotnost občutkov, kot so lakota, spanje, utrujenost - lastnosti, o katerih lahko sanjajo vojaški voditelji katere koli države.
Zdravila, ki lahko človeštvo rešijo vseh obstoječih bolezni in nadlog. Tukaj je le majhen del vprašanj s področij človeška dejavnost, o katerih odloča genetika. Tudi razvpita kuga 20. in 21. stoletja, aids, je lahko posledica razvojnega procesa biološko orožje katerih cilj je uničiti prebivalstvo nezaželenih držav.
DNK
Glavno področje, ki ga znanost preučuje, je človeški genom in zlasti DNK. DNK je molekula nukleinske kisline v obliki genetski kod. Ta izraz je glavni predmet proučevanja genetike. Ta koda šifrira ogromno informacije, zahvaljujoč dedovanju katerih poteka razvoj vseh populacij našega sveta.
Spomin je glavni pomen molekul DNK. Hvala za to kompleksna funkcija Na našem planetu poteka nenehen razvoj vseh živih organizmov. »Preživetje najmočnejših« je izraz, katerega obstoj ne bi bil mogoč brez genetske kode, ki se prenaša na potomce. Vse lastnosti, s katerimi so obdarjene vse oblike življenja na našem planetu in ki jim omogočajo uspešno preživetje v težkih okoljskih razmerah, se ohranjajo in razvijajo zahvaljujoč DNK.
Vse življenjskih procesov, ki se pojavljajo v katerem koli organizmu, so predmet študija te znanosti.
Genetika ima številne smeri in discipline, ki pokrivajo številne procese in jih podrobno analizirajo ter vsak dan odkrijejo ogromno informacij, ki so se prej zdele kot pravljica.
Znanost o genetiki nam omogoča odkrivanje čudovitih in skrivnostni svetživljenje. Vse skrivnosti, o katerih človeštvo razmišlja že stoletja, so zdaj veliko bližje odkritju in razumevanju. Vsako leto, z vsakim obratom razvoja genetike, se tančica skrivnosti o rojstvu vsega življenja na planetu vse bolj odpira.
Kljub zunanji podobnosti s starši in sorodniki je vsak človek osebnost in individualnost.
Genetika je biološka znanost o dednosti in variabilnosti organizmov ter načinih zatiranja le-teh.
Genetiko lahko upravičeno štejemo za eno najpomembnejših področij biologije. Je znanstvena osnova za razvoj praktične metode izbor, tj. ustvarjanje novih pasem živali, rastlinskih vrst, kultur mikroorganizmov z potrebno za človeka znaki.
Tisočletja je človek uporabljal genetske metode za izboljšanje domačih živali in kulturnih rastlin, ne da bi poznali mehanizme, na katerih temeljijo te metode. Sodeč po različnih arheoloških podatkih, že pred 6000 leti ljudje razumeli, da nekateri telesni znaki se lahko prenaša iz ene generacije v drugo. Z izbiro določenih organizmov iz naravnih populacij in njihovim medsebojnim križanjem je človek ustvaril izboljšane sorte rastlin in pasme živali, ki so imele lastnosti, ki jih je potreboval.
Geni so osnovne diskretne enote dednosti in variabilnosti.
Češki menih Gregor Mendel velja za očeta genetike. Bil je učitelj fizike in naravoslovja v red srednja šola, in vse je tvoje prosti čas posvetil vzgoji rastlin na samostanskem vrtu. Mendel tega ni storil zaradi gastronomskih interesov, ampak za preučevanje vzorcev dedovanja lastnosti. Poskusi o hibridizaciji rastlin so bili izvedeni pred Mendelom, vendar nobeden od njegovih predhodnikov ni poskušal nekako analizirati njihovih rezultatov.
Mendel je vzel semena graha z vijoličnimi cvetovi in semena sorte z belimi cvetovi. Ko so rastline iz njih zrasle in zacvetele, je škrlatnemu cvetu odstranil prašnike in z belega cveta na pestič prenesel cvetni prah. Po predvidenem času so nastala semena, ki jih je Mendel naslednjo pomlad ponovno posadil na svoj vrt. Kmalu so zrasle nove rastline. Rezultat je presegel vsa pričakovanja: izkazalo se je, da imajo rastline vijolične cvetove in med njimi ni bilo niti enega belega. Mendel je svoje poskuse ponovil več kot enkrat, vendar je bil rezultat enak. Torej hibridi vedno pridobijo eno od starševskih lastnosti.
Najpomembnejši rezultat Mendelovih poskusov: pri hibridih, pridobljenih s križanjem rastlin z različnimi lastnostmi, ne pride do razpada lastnosti in ena lastnost (močnejša ali, kot jo je imenoval Mendel, prevladujoča) zatre drugo (šibkejšo ali recesivno).
Toda Mendel se ni ustavil pri tem. Vzel je in križal rastline škrlatnega graha, pridobljene kot rezultat tega poskusa. Posledično so iz brstov pognali tako vijolični kot beli cvetovi. Ponovno se je pojavila lastnost bele obarvanosti, ki je po prvem križanju izginila. Najbolj zanimivo pa je bilo, da je bilo rastlin z vijoličnimi cvetovi natanko 3-krat več kot z belimi.
Podobne rezultate so dobili še v štirih poskusih in v vseh primerih je bilo razmerje dominantnih in recesivnih lastnosti po drugem križanju v povprečju 3:1.
Znanje, ki ga je imel Mendel, je bilo nepomembno, vendar so bili zaključki, ki jih je naredil, daleč pred svojim časom. Mendel je podal domnevo, ki je kmalu postala najpomembnejši zakon, ki ga je odkril. Pride do ideje, da spolne celice (gamete) nosijo samo eno nagnjenje vsake lastnosti in so čiste od drugih nagnjenj iste lastnosti. Ta zakon se je imenoval zakon čistosti gamete, ki še danes ni izgubil svojega pomena. Preučevanje dednosti je že dolgo povezano z idejo o njenem korpuskularne narave. Leta 1866 je Mendel predlagal, da značilnosti organizmov določajo dedne enote, ki jih je imenoval »elementi«. Kasneje so jih poimenovali »faktorji« in nazadnje geni; Dokazano je, da se geni nahajajo na kromosomih, s katerimi se prenašajo iz generacije v generacijo.
Kljub dejstvu, da je o kromosomih in strukturi DNK že veliko znanega, je gen zelo težko definirati, do sedaj so bile oblikovane samo tri možne definicije gena:
a) gen kot enota rekombinacije.
Na podlagi svojega dela o izdelavi kromosomskih zemljevidov Drosophile je Morgan domneval, da je gen najmanjša regija kromosoma, ki jo je mogoče ločiti od sosednjih regij zaradi križanja. Po tej definiciji je gen velika enota, določena regija kromosoma, ki določa določeno lastnost organizma;
b) gen kot enota mutacije.
Kot rezultat preučevanja narave mutacij je bilo ugotovljeno, da spremembe lastnosti nastanejo zaradi naključnih spontanih sprememb v strukturi kromosoma, v zaporedju baz ali celo v eni sami bazi. V tem smislu bi lahko rekli, da je gen en par komplementarnih baz v nukleotidnem zaporedju DNA, tj. najmanjša regija kromosoma, ki je lahko podvržena mutaciji.
c) gen kot enota delovanja.
Ker je bilo znano, da so strukturne, fiziološke in biokemične lastnosti organizmov odvisne od genov, je bilo predlagano, da se gen opredeli kot najmanjši odsek kromosoma, ki določa sintezo določenega produkta.
A kot se v znanosti pogosto dogaja, so bile raziskave, ki bi lahko pomenile rojstvo nove smeri v biologiji, za več desetletij pozabljene. Resnična zgodba genetika se je začela leta 1900, ko so vzorce, ki jih je odkril Mendel, ponovno »odkrili« znanstveniki. Trije botaniki, Nizozemec Hugo De Vries, Nemec K. Correns in Avstrijec K. Chermak, so proučevali vzorce dedovanja lastnosti med križanjem.
De Vries je preučeval večerni jeglič, mak in daturo ter odkril zakon cepitve lastnosti pri hibridih. Correns je odkril isti zakon cepitve, vendar le na koruzi, Chermak pa na grahu. Nato so se znanstveniki odločili za študij svetovne literature o teh vprašanjih in naletel na Mendelove raziskave. Izkazalo se je, da niso odkrili nič novega, poleg tega so bili Mendelovi sklepi globlji od njihovih.
Mendelova slava se je takoj razširila. Po vsem svetu se je takoj pojavilo veliko privržencev, ki so njegovo izkušnjo ponovili na različnih objektih. V znanstveni rabi se je pojavil celo poseben izraz - "Mendelske značilnosti", to je lastnosti, ki upoštevajo Mendelove zakone.
Genetika kot znanost rešuje naslednje probleme: proučuje načine shranjevanja genetske informacije v različnih organizmih (virusih, bakterijah, rastlinah, živalih in ljudeh) in njihovih materialnih nosilcih; analizira načine prenosa dednih informacij iz ene generacije celic in organizmov v drugo; identificira mehanizme in vzorce implementacije genetske informacije v proces individualni razvoj in vpliv okoljskih razmer nanje; preučuje vzorce in mehanizme variabilnosti ter njeno vlogo v evolucijskem procesu; išče načine, kako popraviti poškodovane genetske informacije.
Uporabljajo se za reševanje težav različne metode raziskovanje.
1. Metoda hibridološke analize. Omogoča vam prepoznavanje vzorcev dedovanja posamezna znamenja med spolnim razmnoževanjem organizmov.
2. Citogenetska metoda vam omogoča preučevanje kariotipa telesnih celic in prepoznavanje genomskih in kromosomskih mutacij.
3. Genealoška metoda vključuje preučevanje rodovnikov živali in ljudi in nam omogoča, da ugotovimo vrsto dedovanja določene lastnosti, zigotnost organizmov in verjetnost manifestacije lastnosti v prihodnjih generacijah.
4. Metoda dvojčkov temelji na preučevanju manifestacije lastnosti pri enojajčnih in dvojajčnih dvojčkih. Omogoča nam ugotavljanje vloge dednosti in zunanjega okolja pri oblikovanju določenih lastnosti.
Znanost o dednosti in variabilnosti živih organizmov. Ker so te lastnosti lastne vsem organizmom brez izjeme, predstavljajo najpomembnejše lastnostiživljenje nasploh, genetika pa služi kot temelj vse biologije. Biologija. Sodobna enciklopedija
