Роль генетического материала

В воспроизводстве и эволюции живых

Организмов

Генный механизм передачи наследственной информации изучается генетикой. Успехи генетики обусловили раскрытие механизма воспроизводства и эволюции жизни на молекулярном уровне. Истоком генетики считают открытие Г. Менделем в 1865 г. корпускулярной природы наследственности. В 1909 г В. Иогансен ввел основополагающие термины генетики (ген генотип и др.) и придал модели Менделя четкую форму, вто время понятие «ген» не связывалось с каким-то материаль­ным объектом клетки; ген обозначал просто единицу наследственного отличия. Отождествление гена с частью хромосом было осуществлено позже американским биологом Т. Морга­ном. Развитие молекулярной генетики раскрыло химическую природу генов, как части молекулы ДНК с особым набором мономеров-нуклеотидов, последовательность которых обра­зует генетический код. Расшифровка структуры генетического кода показала его триплетность, однозначность и универсаль­ность.Триплетность кода означает, что каждая из 20 амино­кислот зашифрована последовательно — кодоном — из трех нуклеотидов. Универсальность означает, что код един для всех живых организмов планеты, то есть одни и те же кодоны ко­дируют одни и те же 20 аминокислот всех живых организмов.

Важнейшей составляющей процесса развития любого орга­низма является воспроизводство в клетках по определенному шаблону веществ и структур, необходимых для последующего деления клетки. Воспроизводство живых систем и сохранение видовых признаков обеспечивается системой воспроизведения организма. Она в закодированном виде содержит полную ин­формацию для построения белка из запасенного клеткой орга­нического материала. Свои функции система воспроизведения осуществляет посредством ДНК и РНК.Первая хранит генети­ческую информацию, заложенную вдоль собственной цепи. Вторая способна ее считывать, переносить в среду, содержа­щую необходимые для синтеза белка исходные материалы, и _строить из них белковые молекулы.

Процесс воспроизводства состоит из трех стадий: реплика­ции, транскрипции, трансляции. Репликация — это удвоение молекулы ДНК, необходимое для последующего деления клет­ки. Транскрипция представляет собой перенос кода ДНК пу­тем образования одноцепочечной информационной молеку­лы РНК на одной из двух нитей ДНК. Информационная мо­лекула РНК — это копия части ДНК, группы рядом лежащих генов, несущих информацию о структуре белков, необходи­мых для выполнения одной функции. Далее происходит транс­ляция — синтез белка на основе генетического кода информа­ционной РНК.

Таким образом, главное в механизме самовоспроизведения клеток — свойство ДНК самокопироваться и строго равноцен­ное деление репродуцированных хромосом. После этого клетка может делиться на две совершенно идентичные.Так как каж­дая клетка многоклеточного организма происходит от одной из зародышевой как результат последовательных делений, то все клетки имеют одинаковый набор генов.

В настоящее время перед наукой открылась возможность не только изучать генетический механизм, но и влиять на саму наследственность на молекулярном уровне. Эту возможность реализует новое направление молекулярной биологии — ген­ная инженерия, разрабатывающая методики целенаправлен­ного манипулирования информационными макромолекулами живых систем.

Первым с помощью генной инженерии был получен инсулин, затем интерферон, потом гормон роста. Позже, бла­годаря вмешательству в конструкцию ДНК, были изменены качества десятков пород животных и сортов растений, многие из которых внедрены в сельскохозяйственное производство. Например, уже используются сорта генетически модифицированного картофеля, устойчивые против бича карто­фельных плантаций — колорадского жука. Необходимо отметить, что пока не ясны возможные отдаленные последствия употребления в пищу сельхозпродуктов, полученных с исполь­зованием генной инженерии.

Есть и другие направления практического использования генетики. Так, оказалось, что с помощью генетической экс­пертизы можно с чрезвычайно высокой точностью устанавливать родство конкретных людей, выполнять иденти­фикацию останков погибших людей. Эти возможности на­ходят широкое применение в повседневной юридической практике.

Сразу же после своего возникновения генная инженерия стала не только одним из самых перспективных направлений прикладной биологии, но также источником совершенно но­вых и глубоких этических, моральных и юридических про­блем.

Одним из ярких примеров такого рода проблем является вопрос о морально-этической оценке опытов по так называ­емому клонированию (созданию точной генетической копии) живых организмов. В связи с намеченными в США на перс­пективу исследованиями клонирования человека этот вопрос перерос в конце 1997 — начале 1998 г. в острую правовую проблему, носящую к тому же международный характер. В январе 1998 г. в Париже 19 европейских государств подписа­ли протокол соглашения о запрете на клонирование человека. В перечне участников соглашения по разным причинам не оказалось ряда стран с высокоразвитой генетикой. В том числе — Великобритании (здесь впервые было практически осуществлено клонирование животного, и эта страна не хо­тела бы утратить свои приоритетные позиции в данном на­правлении естествознания), а также США, Германии, Рос­сии.

Какие научные факты

Обосновывают эволюционность

живого?

Для живой природы постоянное развитие — характерная черта, которая, впрочем, долго не замечалась человеком. На протяжении многих веков общепринятым было восприятие всего многообразия живого как результата единовременного акта тво­рения Природы в ее окончательном, неизменном виде. Это примитивное представление, оформленное религиозными дог­матами, имело своей объективной основой ограниченные воз­можности непосредственного человеческого восприятия мира и скудность строгих научных данных. Распространение идеи о непрерывном развитии, эволюции, происходящей в природе, становление эволюционной парадигмы в биологии началось в конце XVIII в. Выдающийся вклад в формирование эволюци­онного мышления биологов принадлежит Ж. Б. Ламарку. Про­блемы, поставленные Ламарком, были решены Ч. Дарвином. В своем знаменитом труде «Происхождение видов путем естественного отбора» (1859 г.) он изложил разработанную им эволюционную теорию.

Эволюционность живой природы подтверждается биологией и родственными ей науками. Главными свидетельствами яв­ляются данные палеонтологии, систематики, информация о распространенности видов на Земле сейчас и в ранние пери­оды, морфологическое и биохимическое сходство живых орга­низмов, данные эмбриологии и многие другие. Кратко рассмотрим некоторые из них.

Палеонтологиязанимается изучением и систематизацией любых сохранившихся в геологических породах следов древ­ней жизни, остатков погибших в далекие эпохи организмов. Объектами палеонтологии являются, например, фрагменты тел древних животных, найденные в вечной мерзлоте в Сибири; отпечатки древних растений в каменноугольных образцах; насекомые, замурованные в янтаре и многие другие органические остатки. Хронологически систематизированная совокупность данных палеонтологии называется палеонтологи­ческой летописью. Всамых древних горных породах содержащих ископаемые остатки, встречаются следы организ­мов очень немногих типов, и все они имеют простое строе­ние; более поздние породы содержат следы большего разно­образия живого мира и организмов со все более сложным строением. Очевиден вывод об эволюции живой природы.

Этот вывод подтверждается и сравнительной эмбриологией. При изучении эмбрионов (зародышей) у разных групп позво­ночных было открыто явление рекапитуляции: при своем раз­витии эмбрион в определенной мере повторяет эволюционную историю той группы организмов, к которой он относится.

Естественная классификация биологических объектов, ос­нованная на структурном сходстве между организмами, так­же убедительно иллюстрирует наличие эволюционного процесса иего последствия.

Наконец, селекция(искусственное выведение сортов ра­стений, пород животных) представляет собой модель эво­люции в условиях, созданных человеком. Это искусственно направляемая эволюция.

Итак, обширная научная информация однозначно под­тверждает факт эволюции живого. В процессе исторического развития Земли возрастали разнообразие и сложность биологических объектов.