Geschichte der Entwicklung der Genetik (kurz). Geschichte der Entwicklung der Genetik in Russland

Viele Menschen glauben, dass der interessanteste Zweig der Genetik ist Humangenetik— die Wissenschaft der Vererbung und Variabilität von Merkmalen beim Menschen. Tatsächlich finden in diesem Bereich heftige wissenschaftliche Diskussionen statt und werden modernste wissenschaftliche Methoden und Technologien eingesetzt.

Der Mensch unterliegt den gleichen Vererbungsgesetzen wie jedes Tier mit einer sexuellen Fortpflanzungsmethode. Der menschliche genetische Apparat ist der gleiche wie der anderer Bewohner der Erde. Seine Basis ist DNA, auf der RNA synthetisiert wird, die wiederum der Biosynthese von Proteinen dient; die gesamte Vielfalt der Gene wird unter Beteiligung von vier Nukleotiden aufgebaut; Genetische Informationen werden in Drillingen gelesen. Darüber hinaus sind einige Gene völlig unabhängiger Arten lebender Organismen völlig identisch. Man kann es sich kaum vorstellen, aber Menschen und Bananen haben genau die Hälfte aller Strukturgene – das Gleiche! Und die Ähnlichkeit zwischen Menschen und Schimpansen beträgt 98,7 % der Gene. Darüber hinaus sind nicht nur normal funktionierende Gene identisch, sondern auch Pseudogene - Abschnitte eines Chromosoms, die einem Strukturgen ähneln, aber „Druckfehler“ enthalten, die sie funktionsunfähig machen.

Es gibt einen genialen Vergleich hinsichtlich der genetischen Ähnlichkeit aller lebenden Organismen. Stellen Sie sich vor, dass zwei Schreibtischkollegen Aufsätze schreiben, in denen nicht nur der Inhalt gleich ist, sondern sogar die gemachten Fehler. Die Aufsätze auf drei Notizbuchseiten unterscheiden sich nur in einem Wort im Text. Es ist klar, dass die Studenten ihre Aufsätze voneinander oder aus demselben Buch kopiert haben. Diese extreme Ähnlichkeit in der Struktur des „Allerheiligsten“ – des Vererbungsapparats – ist ein unwiderlegbarer Beweis für die Einheit des Ursprungs aller Leben auf unserem Planeten.

Die Vererbung von Merkmalen beim Menschen unterliegt den Gesetzen und Regeln der Genetik: den Gesetzen von Mendel, Morgan, der Genverknüpfung, der Interaktion allelischer und nicht-allelischer Gene (Tabellen 1, 2). Da der Mensch jedoch nicht nur ein biologisches, sondern auch ein soziales Wesen ist, sind genetische Untersuchungen der Art erforderlich Homo Sapiens unterscheiden sich in einer Reihe von Merkmalen:

• Um die Vererbung von Merkmalen beim Menschen zu untersuchen, ist es nicht möglich, wie beispielsweise bei Labormäusen, eine hybridologische Analyse (Kreuzungsmethode) anzuwenden: Der Mensch möchte keine Nachkommen nach den Anweisungen des Experimentators zur Welt bringen. Um die Ergebnisse der Hybridisierung beim Menschen zu untersuchen, wird daher eine indirekte genealogische Methode verwendet (Abb. 69);
• ein Mensch verfügt über Eigenschaften, die in anderen Organismen nicht zu finden sind: Temperament, mathematische, visuelle, musikalische und andere Fähigkeiten, deren Vererbung den interessantesten Teil der menschlichen Genetik darstellt;
• Dank öffentlicher Unterstützung und Medizin ist das Überleben und die Existenz von Menschen mit offensichtlichen Abweichungen von der Norm möglich (in freier Wildbahn sterben solche Organismen sofort).

Tabelle 1. Einige dominante und rezessive Merkmale im menschlichen Körper

Tabelle 2. Merkmale mit unvollständiger Dominanz beim MenschenMaterial von der Website

Humangenetik — die Wissenschaft der Vererbung und Variabilität von Merkmalen beim Menschen. Die Untersuchung des menschlichen Genoms hat seinen evolutionären Ursprung eindeutig bestätigt. In der Humangenetik ist es unmöglich, einige traditionelle genetische Methoden, insbesondere hybridologische Methoden, anzuwenden. Auch soziale Faktoren prägen die genetischen Prozesse in menschlichen Populationen.

Medizinische Genetik - die Wissenschaft der erblichen Aspekte medizinischer Probleme. Es gibt Erbkrankheiten und Krankheiten mit erblicher Veranlagung. Erbkrankheiten werden in genetische, chromosomale und genomische Pathologien unterteilt.

Auf dieser Seite gibt es Material zu folgenden Themen:

• Kurzbericht zur Humangenetik

• Kurzbotschaft zum Thema Humangenetik

• Geschichte der Humangenetikforschung

• Genetischer Bericht in Kürze

• Spickzettel-Zusammenfassung zur Genetik

Fragen zu diesem Material:

Lysenko Anna

Der Biologieaufsatz bietet eine Definition der Genetik, die Entwicklungsstadien dieser Wissenschaft und ihre Bedeutung für das menschliche Leben.

Herunterladen:

Vorschau:

Die Genetik ist eine der wichtigsten, faszinierendsten und zugleich komplexesten Disziplinen der modernen Naturwissenschaften. Die Stellung der Genetik innerhalb der Biowissenschaften und das besondere Interesse an ihr werden durch die Tatsache bestimmt, dass sie die grundlegenden Eigenschaften von Organismen, nämlich Vererbung und Variabilität, untersucht.

Als Ergebnis zahlreicher Experimente auf dem Gebiet der Molekulargenetik, die brillant im Design und exquisit in der Ausführung waren, wurde die moderne Biologie um zwei grundlegende Entdeckungen bereichert, die sich bereits weitgehend in der Humangenetik niedergeschlagen und teilweise an menschlichen Zellen durchgeführt wurden. Dies zeigt den untrennbaren Zusammenhang zwischen den Erfolgen der Humangenetik und den Erfolgen der modernen Biologie, die immer mehr mit der Genetik verbunden wird.

Das erste ist die Fähigkeit, mit isolierten Genen zu arbeiten. Es wurde gewonnen, indem das Gen in seiner reinen Form isoliert und synthetisiert wurde. Die Bedeutung dieser Entdeckung kann kaum überschätzt werden. Es ist wichtig zu betonen, dass für die Gensynthese unterschiedliche Methoden verwendet werden, d. h. Es gibt bereits eine Wahl, wenn es um einen so komplexen Mechanismus wie den Menschen geht.

Die zweite Errungenschaft ist der Nachweis des Einbaus fremder Informationen in das Genom sowie deren Funktion in den Zellen höherer Tiere und Menschen. Die Materialien für diese Entdeckung stammen aus verschiedenen experimentellen Ansätzen. Dabei handelt es sich zunächst um zahlreiche Studien auf dem Gebiet der viral-genetischen Theorie der Entstehung bösartiger Tumoren, einschließlich des Nachweises der DNA-Synthese auf einer RNA-Matrix. Darüber hinaus bestätigten Experimente mit Prophagentransduktion, angeregt durch die Idee der Gentechnik, die Möglichkeit der Funktion von Genen einfacher Organismen in Säugetierzellen, einschließlich menschlicher Zellen.

Ohne Übertreibung kann man sagen, dass die Humangenetik neben der Molekulargenetik einer der fortschrittlichsten Zweige der Genetik überhaupt ist. Ihre Forschung erstreckt sich von der biochemischen bis zur Bevölkerungsebene, einschließlich der zellulären und organisatorischen Ebene.

Aber betrachten wir die Entwicklungsgeschichte der Genetik gesondert.

Die wichtigsten Entwicklungsstadien der Genetik.

Die Ursprünge der Genetik sollten wie bei jeder Wissenschaft in der Praxis gesucht werden. Die Genetik entstand im Zusammenhang mit der Zucht von Haustieren und dem Pflanzenanbau sowie mit der Entwicklung der Medizin. Seit der Mensch begann, Tiere und Pflanzen zu kreuzen, war er mit der Tatsache konfrontiert, dass die Eigenschaften und Merkmale der Nachkommen von den Eigenschaften der für die Kreuzung ausgewählten Elterntiere abhängen. Durch die Auswahl und Kreuzung der besten Nachkommen schuf der Mensch von Generation zu Generation verwandte Gruppen – Linien und dann Rassen und Sorten mit ihren charakteristischen erblichen Eigenschaften.

Auch wenn diese Beobachtungen und Vergleiche noch nicht zur Grundlage der Wissenschaftsbildung werden konnten, führte die rasante Entwicklung der Tierhaltung und -zucht sowie des Pflanzenbaus und der Saatgutproduktion in der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts zu einem verstärkten Interesse an der Analyse des Phänomens der Vererbung.

Die Entwicklung der Wissenschaft der Vererbung und Variabilität wurde besonders stark durch Charles Darwins Lehre vom Ursprung der Arten gefördert, die die historische Methode zur Untersuchung der Evolution von Organismen in die Biologie einführte. Darwin selbst hat große Anstrengungen unternommen, um Vererbung und Variabilität zu untersuchen. Er sammelte eine große Menge an Fakten und zog daraus eine Reihe richtiger Schlussfolgerungen, konnte jedoch die Gesetze der Vererbung nicht aufstellen. Auch seine Zeitgenossen, die sogenannten Hybridisierer, die verschiedene Formen kreuzten und nach dem Grad der Ähnlichkeit und Verschiedenheit zwischen Eltern und Nachkommen suchten, waren nicht in der Lage, allgemeine Vererbungsmuster festzulegen.

Eine weitere Bedingung, die zur Etablierung der Genetik als Wissenschaft beitrug, waren Fortschritte bei der Untersuchung der Struktur und des Verhaltens von Körper- und Keimzellen. Bereits in den 70er Jahren des letzten Jahrhunderts entdeckten eine Reihe zytologischer Forscher (Chistyakov 1972, Strasburger 1875) die indirekte Teilung somatischer Zellen, Karyokinese (Schleicher 1878) oder Mitose (Flemming 1882) genannt. Im Jahr 1888 wurden auf Vorschlag von Waldeira die permanenten Elemente des Zellkerns „Chromosomen“ genannt. In denselben Jahren teilte Flemming den gesamten Zyklus der Zellteilung in vier Hauptphasen ein: Prophase, Metaphase, Anaphase und Telophase.

Gleichzeitig mit der Untersuchung der somatischen Zellmitose wurden Untersuchungen zur Entwicklung von Keimzellen und zum Befruchtungsmechanismus bei Tieren und Pflanzen durchgeführt. Im Jahr 1876 stellte O. Hertwig erstmals bei Stachelhäutern die Verschmelzung des Spermienkerns mit dem Eikern fest. N.N. Gorozhankin im Jahr 1880 und E. Strasburger im Jahr 1884 etablierten dasselbe für Pflanzen: das erste – für Gymnospermen, das zweite – für Angiospermen.

Im selben Jahr enthüllten Van Beneden (1883) und andere die grundlegende Tatsache, dass Keimzellen im Gegensatz zu somatischen Zellen während der Entwicklung eine Verringerung der Chromosomenzahl um genau die Hälfte und während der Befruchtung die Verschmelzung von Frau und Mann erfahren Kerne – die normale Anzahl der Chromosomen wird wiederhergestellt, die für jeden Typ konstant ist. So wurde gezeigt, dass jede Art durch eine bestimmte Anzahl von Chromosomen gekennzeichnet ist.

Die oben genannten Bedingungen trugen also zur Entstehung der Genetik als eigenständige biologische Disziplin bei – einer Disziplin mit eigenem Thema und eigenen Forschungsmethoden.

Als offizielle Geburtsstunde der Genetik gilt das Frühjahr 1900, als drei Botaniker unabhängig voneinander in drei verschiedenen Ländern und an verschiedenen Standorten einige der wichtigsten Vererbungsmuster von Merkmalen bei den Nachkommen entdeckten von Hybriden. G. de Vries (Holland) berichtete, basierend auf Arbeiten mit Nachtkerzen, Mohn, Stechapfel und anderen Pflanzen, über „das Gesetz der Hybridspaltung“; K. Correns (Deutschland) etablierte die Segregationsmuster bei Mais und veröffentlichte den Artikel „Gregor Mendels Gesetz über das Verhalten von Nachkommen bei Rassenhybriden“; im selben Jahr veröffentlichte K. Csermak (Österreich) einen Artikel (Über künstliche Kreuzung bei Pisum Sativum).

Die Wissenschaft kennt fast keine unerwarteten Entdeckungen. Die brillantesten Entdeckungen, die Etappen in ihrer Entwicklung schaffen, haben fast immer ihre Vorgänger. Dies geschah mit der Entdeckung der Vererbungsgesetze. Es stellte sich heraus, dass die drei Botaniker, die das Segregationsmuster bei den Nachkommen intraspezifischer Hybriden entdeckten, lediglich die Vererbungsmuster „wiederentdeckten“, die bereits 1865 von Gregor Mendel entdeckt und von ihm in dem Artikel „Experimente an Pflanzenhybriden“ beschrieben wurden, der in veröffentlicht wurde die „Berichte“ der Gesellschaft der Naturforscher in Brünn (Tschechoslowakei).

G. Mendel entwickelte anhand von Erbsenpflanzen Methoden zur genetischen Analyse der Vererbung einzelner Merkmale eines Organismus und stellte zwei grundlegend wichtige Phänomene fest:

Merkmale werden durch individuelle Erbfaktoren bestimmt, die durch Keimzellen übertragen werden;

Individuelle Merkmale von Organismen verschwinden bei der Kreuzung nicht, sondern bleiben bei den Nachkommen in der gleichen Form erhalten wie bei den Elternorganismen.

Für die Evolutionstheorie waren diese Prinzipien von grundlegender Bedeutung. Sie enthüllten eine der wichtigsten Ursachen der Variabilität, nämlich den Mechanismus zur Aufrechterhaltung der Fitness der Merkmale einer Art über mehrere Generationen hinweg. Wenn die adaptiven Eigenschaften von Organismen, die unter der Kontrolle der Selektion entstanden sind, während der Kreuzung absorbiert würden und verschwinden würden, wäre die Weiterentwicklung der Art unmöglich.

Die gesamte weitere Entwicklung der Genetik war mit der Erforschung und Erweiterung dieser Prinzipien und ihrer Anwendung auf die Evolutions- und Selektionstheorie verbunden.

Aus den etablierten Grundprinzipien Mendels ergeben sich logischerweise eine Reihe von Problemen, die mit der Entwicklung der Genetik Schritt für Schritt ihre Lösung finden. Im Jahr 1901 formulierte de Vries die Mutationstheorie, die besagt, dass sich die erblichen Eigenschaften und Merkmale von Organismen abrupt ändern – mutationsbedingt.

Im Jahr 1903 veröffentlichte der dänische Pflanzenphysiologe V. Johannsen das Werk „On Inheritance in Populations and Pure Lines“, in dem er experimentell feststellte, dass äußerlich ähnliche Pflanzen derselben Sorte erblich unterschiedlich sind – sie bilden eine Population. Eine Population besteht aus erblich unterschiedlichen Individuen oder verwandten Gruppen – Linien. In derselben Studie wird am deutlichsten festgestellt, dass es bei Organismen zwei Arten von Variabilität gibt: erblich, durch Gene bestimmt, und nicht erblich, bestimmt durch eine zufällige Kombination von Faktoren, die auf die Manifestation von Merkmalen einwirken.

Im nächsten Stadium der Entwicklung der Genetik wurde nachgewiesen, dass erbliche Formen mit Chromosomen verbunden sind. Die erste Tatsache, die die Rolle der Chromosomen bei der Vererbung enthüllte, war der Beweis der Rolle der Chromosomen bei der Bestimmung des Geschlechts bei Tieren und die Entdeckung des Mechanismus der 1:1-Geschlechtstrennung.

Seit 1911 begannen T. Morgan und seine Kollegen an der Columbia University in den USA, eine Reihe von Werken zu veröffentlichen, in denen er die chromosomale Vererbungstheorie formulierte. Experimenteller Nachweis, dass die Hauptträger von Genen Chromosomen sind und dass Gene linear auf Chromosomen lokalisiert sind.

Im Jahr 1922 N.I. Vavilov formuliert das Gesetz der homologischen Reihen in der erblichen Variabilität, wonach Pflanzen- und Tierarten, die ihrer Herkunft nach verwandt sind, ähnliche Reihen erblicher Variabilität aufweisen. Durch die Anwendung dieses Gesetzes hat N.I. Vavilov begründete die Ursprungszentren der Kulturpflanzen, in denen sich die größte Vielfalt erblicher Formen konzentriert.

Im Jahr 1925 wurde in unserem Land G.A. Nadson und G.S. Filippov an Pilzen und 1927 G. Möller in den USA an der Fruchtfliege Drosophila erhielten Hinweise auf den Einfluss von Röntgenstrahlen auf das Auftreten erblicher Veränderungen. Gleichzeitig konnte gezeigt werden, dass die Mutationsrate um mehr als das Hundertfache steigt. Diese Studien bewiesen die Variabilität von Genen unter dem Einfluss von Umweltfaktoren. Der Nachweis des Einflusses ionisierender Strahlung auf das Auftreten von Mutationen führte zur Entstehung eines neuen Zweiges der Genetik – der Strahlengenetik, deren Bedeutung mit der Entdeckung der Atomenergie noch weiter zunahm.

Im Jahr 1934 bewies T. Paynter anhand von Riesenchromosomen der Speicheldrüsen von Dipteren, dass die Diskontinuität der morphologischen Struktur von Chromosomen, ausgedrückt in Form verschiedener Scheiben, der zuvor rein genetisch festgestellten Position von Genen in Chromosomen entspricht Methoden. Diese Entdeckung markierte den Beginn der Erforschung der Struktur und Funktion des Gens in der Zelle.

In der Zeit von den 40er Jahren bis heute wurden eine Reihe völlig neuer genetischer Phänomene (hauptsächlich an Mikroorganismen) entdeckt, die die Möglichkeiten der Analyse der Genstruktur auf molekularer Ebene aufzeigten. In den letzten Jahren sind wir mit der Einführung neuer Forschungsmethoden in der Genetik, die der Mikrobiologie entlehnt sind, zu der Lösung gelangt, wie Gene die Sequenz von Aminosäuren in einem Proteinmolekül steuern.

Zunächst ist festzuhalten, dass mittlerweile vollständig bewiesen ist, dass die Träger der Vererbung Chromosomen sind, die aus einem Bündel von DNA-Molekülen bestehen.

Es wurden ganz einfache Experimente durchgeführt: Aus abgetöteten Bakterien eines Stammes mit einem besonderen äußeren Merkmal wurde reine DNA isoliert und auf lebende Bakterien eines anderen Stammes übertragen, woraufhin die sich vermehrenden Bakterien des letzteren das Merkmal des ersten Stammes annahmen. Zahlreiche ähnliche Experimente zeigen, dass DNA der Träger der Vererbung ist.

1953 entschlüsselten F. Crick (England) und J. Watstone (USA) die Struktur des DNA-Moleküls. Sie fanden heraus, dass jedes DNA-Molekül aus zwei Polydesoxyribonukleinketten besteht, die spiralförmig um eine gemeinsame Achse gedreht sind.

Derzeit wurden Ansätze gefunden, das Problem der Organisation des Erbcodes und seiner experimentellen Entschlüsselung zu lösen. Die Genetik ist zusammen mit der Biochemie und Biophysik der Aufklärung des Prozesses der Proteinsynthese in einer Zelle und der künstlichen Synthese von Proteinmolekülen nahe gekommen. Damit beginnt eine völlig neue Phase in der Entwicklung nicht nur der Genetik, sondern der gesamten Biologie als Ganzes.

Die Entwicklung der Genetik ist bis heute ein sich ständig erweiternder Hintergrund für die Erforschung der funktionellen, morphologischen und biochemischen Diskretion von Chromosomen. Auf diesem Gebiet wurde bereits viel getan, und jeden Tag nähert sich die Spitzenwissenschaft dem Ziel – der Entschlüsselung der Natur des Gens. Bis heute wurden eine Reihe von Phänomenen festgestellt, die die Natur des Gens charakterisieren. Erstens hat ein Gen auf einem Chromosom die Eigenschaft der Selbstreproduktion (Autoreproduktion); zweitens ist es zu Mutationsveränderungen fähig; drittens ist es mit einer bestimmten chemischen Struktur der Desoxyribonukleinsäure – DNA – verbunden; Viertens steuert es die Synthese von Aminosäuren und deren Sequenzen in Proteinmolekülen. Im Zusammenhang mit neueren Forschungen entsteht eine neue Vorstellung vom Gen als funktionellem System, und die Wirkung des Gens auf die Bestimmung von Merkmalen wird in einem integralen Gensystem – dem Genotyp – betrachtet.

Die sich abzeichnenden Aussichten für die Synthese lebender Materie erregen große Aufmerksamkeit von Genetikern, Biochemikern, Physikern und anderen Spezialisten.

Genetik

GENETIK[neʁ], -i; Und.[aus dem Griechischen genētikos – bezogen auf Geburt, Herkunft]. Die Wissenschaft von den Gesetzen der Vererbung und Variabilität von Organismen. G. Mensch. G. Pflanzen. Medizinische Stadt Weltraumstadt

(vom griechischen génesis – Ursprung), die Wissenschaft der Gesetze der Vererbung und Variabilität von Organismen und Methoden zu deren Verwaltung. Je nach Untersuchungsgegenstand wird die Genetik von Mikroorganismen, Pflanzen, Tieren und Menschen unterschieden, und je nach Forschungsstand - Molekulargenetik, Zytogenetik usw. Die Grundlagen der modernen Genetik wurden von G. Mendel gelegt, der die entdeckte Gesetze der diskreten Vererbung (1865) und die Schule von T. H. Morgan, der die chromosomale Vererbungstheorie begründete (1910er Jahre). In der UdSSR in den 20-30er Jahren. Herausragende Beiträge zur Genetik wurden seit Mitte der 30er Jahre von N. I. Vavilov, N. K. Koltsov, S. S. Chetverikov, A. S. Serebrovsky und anderen geleistet. und insbesondere nach der Sitzung der All-Union Academy of Agricultural Sciences im Jahr 1948 herrschten in der sowjetischen Genetik die antiwissenschaftlichen Ansichten von T. D. Lysenko (von ihm zu Unrecht „Michurins Lehre“ genannt), die bis 1965 ihre Entwicklung stoppten und zur Zerstörung führten großer genetischer Schulen. Die rasante Entwicklung der Genetik in dieser Zeit im Ausland, insbesondere der Molekulargenetik in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts, ermöglichte es, die Struktur des genetischen Materials aufzudecken und den Mechanismus seiner Arbeit zu verstehen. Ideen und Methoden der Genetik werden zur Lösung von Problemen in der Medizin, der Landwirtschaft und der mikrobiologischen Industrie eingesetzt. Ihre Leistungen führten zur Entwicklung der Gentechnik und Biotechnologie.

GENETIK (von griechisch genesis – Ursprung), die Wissenschaft der Gesetze der Vererbung und Variabilität von Organismen und Methoden zu ihrer Kontrolle. Je nach Untersuchungsgegenstand wird die Genetik von Mikroorganismen, Pflanzen, Tieren und Menschen unterschieden, je nach Forschungsstand Molekulargenetik, Zytogenetik usw. Die Grundlagen der modernen Genetik wurden von G. Mendel gelegt (cm. MENDEL (Gregor Johann), der die Gesetze der diskreten Vererbung entdeckte (1865), und die Schule von T. H. Morgan, die die chromosomale Theorie der Vererbung begründete (1910er Jahre). In der UdSSR leistete in den 1920er und 1930er Jahren die Arbeit von N. I. Vavilov einen herausragenden Beitrag zur Genetik (cm. WAWILOV (Nikolai Iwanowitsch), N.K. Koltsov, S.S. Chetverikov, A.S. Serebrovsky und andere. In den 1930er Jahren und insbesondere nach der Sitzung der Allrussischen Akademie der Agrarwissenschaften im Jahr 1948 herrschten in der sowjetischen Genetik die antiwissenschaftlichen Ansichten von T. D. Lysenko vor (er nannte ihn unangemessen „Michurin-Doktrin“), was ihre Entwicklung bis 1965 stoppte führte zur Zerstörung großer genetischer Schulen. Die rasante Entwicklung der Genetik in dieser Zeit im Ausland, insbesondere der Molekulargenetik in der 2. Hälfte. Das 20. Jahrhundert ermöglichte es, die Struktur des genetischen Materials aufzudecken und den Mechanismus seiner Arbeit zu verstehen. Ideen und Methoden der Genetik werden zur Lösung von Problemen in der Medizin, der Landwirtschaft und der mikrobiologischen Industrie eingesetzt. Ihre Erfolge führten zur Entwicklung der Gentechnik (cm. GENTECHNIK) und Biotechnologie (cm. BIOTECHNOLOGIE).
* * *
GENETIK (von griechisch genesis – Ursprung), eine Wissenschaft, die die Muster der Vererbung und Variabilität von Organismen untersucht.
Hauptetappen in der Geschichte der Genetik
Verschiedene spekulative Vorstellungen über Vererbung und Variabilität wurden von antiken Philosophen und Ärzten geäußert. Diese Ideen waren größtenteils falsch, aber manchmal tauchten darunter brillante Vermutungen auf. So der römische Philosoph und Dichter Lucretius Carus (cm. LUKREZ) schrieb in seinem berühmten Gedicht „Über die Natur der Dinge“ über die „ersten Prinzipien“ (erbliche Neigungen), die die Weitergabe von Merkmalen von Vorfahren an Nachkommen von Generation zu Generation bestimmen, über die zufällige Kombination („Auslosung“) dieser Merkmale Merkmale, die während dieses Prozesses auftreten, und leugnete die Möglichkeit, erbliche Merkmale unter dem Einfluss äußerer Bedingungen zu verändern. Wirklich wissenschaftliche Erkenntnisse über Vererbung und Variabilität begannen jedoch erst viele Jahrhunderte später, als viele genaue Informationen über die Vererbung verschiedener Merkmale bei Pflanzen, Tieren und Menschen gesammelt wurden. Die Zahl solcher Beobachtungen, die vor allem von praktischen Pflanzen- und Viehzüchtern durchgeführt wurden, nahm insbesondere in der Zeit von der Mitte des 18. bis zur Mitte des 19. Jahrhunderts zu. Die wertvollsten Daten wurden von I. Kelreuter und A. Gertner (Deutschland), O. Sajray und C. Naudin (Frankreich), T. Knight (England) gewonnen. Basierend auf interspezifischen und intraspezifischen Kreuzungen von Pflanzen entdeckten sie eine Reihe wichtiger Faktoren im Zusammenhang mit der erhöhten Vielfalt von Merkmalen bei den Nachkommen von Hybriden, dem Vorherrschen von Merkmalen eines Elternteils bei den Nachkommen usw. Ähnliche Verallgemeinerungen wurden in Frankreich vorgenommen von P. Luca (1847-1850), der umfangreiche Informationen über die Vererbung verschiedener Merkmale beim Menschen sammelte. Allerdings gab es bis zum Ende des 19. Jahrhunderts bis auf eine bedeutende Ausnahme keine klaren Vorstellungen über die Muster der Vererbung und Vererbung. Diese Ausnahme war die bemerkenswerte Arbeit von G. Mendel (cm. MENDEL (Gregor Johann), der in Experimenten zur Hybridisierung von Erbsensorten die wichtigsten Vererbungsgesetze von Merkmalen festlegte, die später die Grundlage der Genetik bildeten. Allerdings wurde die Arbeit von G. Mendel [von ihm 1865 auf einer Tagung der Gesellschaft der Naturforscher in Brunn (Brünn) berichtet und im darauffolgenden Jahr in den Tagungsunterlagen dieser Gesellschaft veröffentlicht] von seinen Zeitgenossen nicht gewürdigt und geriet in Vergessenheit hat 35 Jahre lang keinen Einfluss auf die Vorstellungen über Vererbung und Variabilität. Die Entstehung der Evolutionstheorien von J. B. Lamarck (cm. LAMARC (Jean Baptiste), und dann Charles Darwin, in der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts, verstärkte sich das Interesse an den Problemen der Variabilität und Vererbung, da Evolution nur auf der Grundlage des Auftretens von Veränderungen bei Lebewesen und ihrer Erhaltung bei Nachkommen möglich ist. Dies veranlasste prominente Biologen der damaligen Zeit, mehrere Hypothesen über den Mechanismus der Vererbung aufzustellen, die viel detaillierter waren als die zuvor vorgeschlagenen. Obwohl diese Hypothesen weitgehend spekulativ waren und später durch experimentelle Studien widerlegt wurden, enthielten drei von ihnen neben falschen auch bestätigte Aussagen. Die erste stammte von Charles Darwin, der sie die „vorübergehende Hypothese der Pangenesis“ nannte (siehe Pangenesis (cm. PANGENESE)). Diese Hypothese ging von der richtigen Vermutung aus, dass Keimzellen spezielle Partikel enthalten, die die Entwicklung von Merkmalen der Nachkommen bestimmen. Die zweite Hypothese des deutschen Botanikers K. Naegeli enthielt die richtige Vorstellung, dass jede Zelle des Körpers eine spezielle Substanz („Ideoplasma“) enthält, die die erblichen Eigenschaften des Organismus bestimmt. Am detailliertesten war die dritte Hypothese des deutschen Zoologen A. Weissmann (cm. WEISMAN August). Er glaubte auch, dass Keimzellen eine besondere Substanz enthalten – den Träger der Vererbung („Keimplasma“). Basierend auf Informationen über den Mechanismus der Zellteilung identifizierte Weisman diese Substanz mit Chromosomen. Die Annahme über die führende Rolle der Chromosomen bei der Übertragung erblicher Eigenschaften war richtig und Weisman gilt zu Recht als Vorreiter der Chromosomentheorie der Vererbung (cm. Chromosomale Theorie des Erbes). Auch seine Aussagen über die große Bedeutung von Kreuzungen als Ursache der Variabilität und seine Leugnung der Vererbung erworbener Merkmale stimmten.
Als Geburtsdatum der Genetik gilt das Jahr 1900, als drei Botaniker - G. de Vries (cm. DE FRIES (Hugo)(Holland), K. Correns (cm. CORRENS (Karl Erich)(Deutschland) und E. Cermak (cm. CHERMAK-SEISENEGG)(Österreich), der Experimente zur Pflanzenhybridisierung durchführte, stieß unabhängig auf das vergessene Werk von G. Mendel. Sie waren beeindruckt von der Ähnlichkeit seiner Ergebnisse mit ihren, schätzten die Tiefe, Genauigkeit und Bedeutung seiner Schlussfolgerungen und veröffentlichten ihre Daten, die zeigten, dass sie Mendels Schlussfolgerungen vollständig bestätigten. Die Weiterentwicklung der Genetik ist mit mehreren Etappen verbunden, die jeweils durch die damals vorherrschenden Forschungsgebiete geprägt waren. Die Grenzen zwischen diesen Stufen sind weitgehend willkürlich – die Stufen sind eng miteinander verbunden und der Übergang von einer Stufe zur anderen wurde dank der Entdeckungen der vorherigen Stufe möglich. Neben der Entwicklung der charakteristischsten neuen Richtungen für jede Stufe wurde die Untersuchung derjenigen Probleme fortgesetzt, die früher die Hauptprobleme waren und dann bis zu einem gewissen Grad in den Hintergrund gedrängt wurden. Unter diesem Vorbehalt kann die Geschichte der Genetik in sechs Hauptstadien unterteilt werden.
Die erste Stufe (von 1900 bis etwa 1912), genannt Mendelismus (cm. MENDELISMUS) ist eine Zeit der Anerkennung der von Mendel entdeckten Erbgesetze auf der Grundlage hybridologischer Experimente, die in verschiedenen Ländern an höheren Pflanzen und Tieren (Labornager, Hühner, Schmetterlinge usw.) durchgeführt wurden, wodurch klar wurde, dass Diese Gesetze sind universell. Der Name „Genetik“ wurde der sich entwickelnden Wissenschaft 1906 vom englischen Wissenschaftler W. Bateson gegeben, und bald entstanden so wichtige genetische Konzepte wie das Gen (cm. GEN (erblicher Faktor), Genotyp (cm. GENOTYP), Phänotyp (cm. PHENOTYP), die 1909 vom dänischen Genetiker V. Johansen vorgeschlagen wurden (cm. JOHANSEN Wilhelm Ludwig). Neben den charakteristischsten Werken für diese Anfangsphase der Geschichte der Genetik, die die Gültigkeit der Mendelschen Gesetze auf verschiedene Objekte bestätigten, entstanden in denselben Jahren einige neue Forschungsbereiche, die in späteren Perioden entwickelt wurden. Erstens handelt es sich um eine Synthese von Informationen über Chromosomen, Mitose und Meiose mit genetischen Daten. Bereits 1902 machten T. Boveri (Deutschland) und W. Setton (USA) auf die völlige Parallelität der Divergenz der Chromosomen und ihrer Rekombination während der Meiose und Befruchtung mit der Aufspaltung und Rekombination erblicher Merkmale nach den Mendelschen Gesetzen aufmerksam, die dienten als wichtige Voraussetzung für die Entstehung der chromosomalen Vererbungstheorie.
Zweitens stellte sich heraus, dass es Ausnahmen gab, obwohl die meisten erblichen Merkmale einer Vielzahl von damals untersuchten Organismen von Generation zu Generation in voller Übereinstimmung mit den Mendelschen Gesetzen weitergegeben wurden. So entdeckten die englischen Genetiker W. Batson und R. Punnett im Jahr 1906 in Experimenten mit Zuckerwicken das Phänomen der verknüpften Vererbung einiger Merkmale, und ein anderer englischer Genetiker, L. Doncaster, im selben Jahr in Experimenten mit der Stachelbeermotte, entdeckte die geschlechtsgebundene Vererbung. In beiden Fällen erfolgte die Vererbung von Merkmalen anders als von Mendels Gesetzen vorhergesagt. Die Zahl der Beispiele für beide Arten von Abweichungen von der Mendelschen Vererbung begann dann rapide zuzunehmen, doch erst im nächsten Stadium der Geschichte der Genetik wurde klar, dass in diesen Fällen kein grundsätzlicher Widerspruch zum Mendelismus bestand und dass dieser scheinbare Widerspruch erklärbar war im Rahmen der chromosomalen Vererbungstheorie. Drittens begann die Untersuchung plötzlicher und anhaltender vererbter Veränderungen – Mutationen. Besonders große Erfolge erzielten in dieser Hinsicht G. de Vries (1901, 1903) und in Russland S. N. Korzhinsky (1892). In der ersten Phase der Entwicklung der Genetik gab es auch erste Versuche, die Probleme der Evolutionslehre im Lichte ihrer Daten zu betrachten. Drei solcher Versuche, die von W. Bateson (England), G. de Vries und J. Lotsi (Holland) unternommen wurden, spiegelten den Wunsch der Autoren wider, die Grundlagen der Genetik zu nutzen, um die Lehren des Darwinismus zu überarbeiten. Auf die Widersprüchlichkeit dieser Versuche wurde bereits in einer Reihe kritischer Artikel von K. A. Timiryazev hingewiesen, der als einer der ersten feststellte, dass der Mendelismus dem Darwinismus nicht nur nicht widerspricht, sondern ihn im Gegenteil bestärkt und einige wichtige vorgebrachte Einwände beseitigt gegen Darwins Theorie.
Ein charakteristisches Merkmal der zweiten Entwicklungsstufe der Genetik (ca. 1912–1925) war die Schaffung und Genehmigung der chromosomalen Vererbungstheorie. Die führende Rolle spielten dabei die experimentellen Arbeiten des amerikanischen Genetikers T. Morgan und seiner Schüler (A. Sturtevant, K. Bridges und G. Meller), die in der Zeit von 1909 bis 1919 an Drosophila durchgeführt wurden. Diese Arbeiten, die später in anderen Laboratorien und an anderen Organismen bestätigt wurden, zeigten, dass Gene in den Chromosomen des Zellkerns liegen und dass die Übertragung erblicher Merkmale, einschließlich solcher, deren Vererbung auf den ersten Blick nicht in die Mendelschen Gesetze passt, bestimmt ist durch das Verhalten der Chromosomen während der Reifung von Keimzellen und der Befruchtung. Diese Schlussfolgerung ergab sich aus Studien, die mit zwei unabhängigen Methoden – hybridologisch und zytologisch – durchgeführt wurden und sich gegenseitig bestätigende Ergebnisse lieferten. Genetische Arbeiten der Morgan-Schule zeigten die Möglichkeit, Karten von Chromosomen zu erstellen, die die genaue Position verschiedener Gene anzeigen (siehe Genetische Karten). (cm. GENETISCHE KARTEN VON CHROMOSOMEN)). Basierend auf der chromosomalen Vererbungstheorie wurde der chromosomale Mechanismus der Geschlechtsbestimmung aufgeklärt und nachgewiesen. Große Verdienste gebührte dabei neben Morgan dem amerikanischen Zytologen E. Wilson. Gleichzeitig begannen weitere Arbeiten zur Geschlechtsgenetik, unter denen die Studien des deutschen Genetikers R. Goldschmidt von besonderer Bedeutung waren. Die chromosomale Vererbungstheorie war die größte Errungenschaft dieser Stufe in der Entwicklung der Genetik und bestimmte maßgeblich den Weg der weiteren Genforschung.
War in den ersten Jahren der Entwicklung des Mendelismus die vereinfachte Vorstellung verbreitet, dass jedes erbliche Merkmal eines Organismus durch ein spezielles Gen bestimmt wird, so wurde im Berichtszeitraum klar, dass jedes dieser Merkmale durch das Zusammenspiel der Pluralität bestimmt wird. Gene (Epistase (cm. EPISTASE), Polymer (cm. Polymerismus) usw.), und jedes Gen beeinflusst in gewissem Maße unterschiedliche Merkmale (Pleiotropie). (cm. PLEIOTROPIE)). Darüber hinaus stellte sich heraus, dass die Fähigkeit eines Gens, sich im Phänotyp eines Organismus zu manifestieren (Penetranz). (cm. Penetranz)) und der Grad seiner Wirkung auf den Phänotyp (Ausdruckskraft). (cm. AUSDRUCKSKRAFT)) kann teilweise zu einem großen Teil von Umwelteinflüssen oder der Wirkung anderer Gene abhängen. Die Ideen zur Penetranz und Expressivität von Genen wurden erstmals 1925 von N.V. Timofeev-Resovsky formuliert (cm. TIMOFEEV-RESOVSKY (Nikolai Wladimirowitsch) basierend auf den Ergebnissen seiner Experimente mit Drosophila.
Im gleichen Zeitraum entwickelten sich einige Bereiche der Genetik rasch, die für die Entwicklung der genetischen Grundlagen der Selektion, der Samenproduktion und der Züchtung wichtig waren: die Untersuchung von Vererbungsmustern quantitativer Merkmale (die Studien des schwedischen Genetikers G. Nilsson-Ehle). sind besonders wichtig), Klärung der Natur der Heterosis (cm. HETEROSE)(Werke der amerikanischen Genetiker E. East und D. Jones), Studien zur vergleichenden Genetik von Kulturpflanzen (herausragende Arbeiten von N.I. Vavilov, die die Grundlage seines Gesetzes der homologen Reihen in der erblichen Variabilität bildeten), zur interspezifischen Hybridisierung von Obstpflanzen ( Werke von I.V. Michurin in der UdSSR, L. Burbank in den USA), über die private Genetik von Kulturpflanzen und Haustieren.
Der betrachtete Zeitraum umfasst auch die Entstehung der Genetik in der UdSSR, und ihre rasante Entwicklung begann in den 1920er Jahren, als drei Genetikschulen unter der Leitung von N.K. Koltsov in Moskau, Yu.A. Filipchenko und N.I.
Die nächste Stufe (ca. 1925–1940) ist mit der Entdeckung der künstlichen Mutagenese verbunden. Vor 1925 gab es eine ziemlich weit verbreitete Meinung, die auf Weismanns Aussage und insbesondere auf die Ansichten von de Vries zurückging, dass Mutationen spontan im Körper unter dem Einfluss rein innerer Gründe entstehen und nicht von äußeren Einflüssen abhängen. Dieses fehlerhafte Konzept wurde 1925 durch die Arbeiten von G. A. Nadson und G. S. Filippov über die künstliche Induktion von Mutationen widerlegt und dann durch die Experimente von G. Meller (1927) über die Auswirkungen von Röntgenstrahlen auf Drosophila experimentell bewiesen. Die Arbeit von G. Meller regte zahlreiche Studien zur Mutagenese an verschiedenen Objekten an, die zeigten, dass ionisierende Strahlung ein universelles Mutagen ist. Dadurch begann die Untersuchung der Muster der mutagenen Wirkung von Strahlung; Besonders wertvoll waren die Studien von N. V. Timofeev-Resovsky und M. Delbrück, die eine direkte Abhängigkeit der Häufigkeit induzierter Mutationen von der Strahlendosis entdeckten und 1935 vermuteten, dass diese Mutationen durch den direkten Eintritt eines Quanten- oder ionisierenden Teilchens verursacht werden das Gen (Zieltheorie). Später wurde gezeigt, dass ultraviolette Strahlen und Chemikalien eine mutagene Wirkung haben. Die ersten chemischen Mutagene wurden in den 1930er Jahren in der UdSSR von V. V. Sacharow, M. E. Lobashev und S. M. entdeckt. Dank der Forschungen von I. A. Rappoport in der UdSSR und S. Auerbach und J. Robson in Großbritannien wurden 1946 die Supermutagene Ethylenimin und Stickstoffsenf entdeckt.
Die Forschung auf diesem Gebiet hat zu raschen Fortschritten beim Verständnis der Muster des Mutationsprozesses und zur Klärung einiger Fragen im Zusammenhang mit der Feinstruktur des Gens geführt. In den späten 1920er und frühen 1930er Jahren erhielten A. S. Serebrovsky und seine Schüler die ersten Daten, die auf die komplexe Struktur des Gens aus Teilen hinweisen, die einzeln oder zusammen mutieren können. Die Möglichkeit, Mutationen auszulösen, hat neue Perspektiven für die praktische Nutzung genetischer Errungenschaften eröffnet. In verschiedenen Ländern wurde mit der Nutzung der Strahlenmutagenese begonnen, um Ausgangsmaterial für die Schaffung neuer Kulturpflanzenformen zu gewinnen. In der UdSSR waren A. A. Sapegin und L. N. Delone die Initiatoren einer solchen „Strahlungsselektion“.
Im gleichen Entwicklungsstadium der Genetik entstand eine Richtung, die die Rolle genetischer Prozesse in der Evolution untersuchte. Grundlegend in diesem Wissenszweig waren die theoretischen Arbeiten der englischen Genetiker R. Fisher und J. Haldane, des amerikanischen Genetikers S. Wright und die experimentellen Studien von S. S. Chetverikov und seinen Kollegen, die zum ersten Mal die genetische Struktur natürlicher Pflanzen untersuchten Populationen auf mehreren Drosophila-Arten. Im Gegensatz zu einigen frühen Mendelianern, die sich dem Darwinismus widersetzten, zeigten diese Wissenschaftler, die sich auf eine große Menge an Faktenmaterial stützten, das seitdem von der Genetik gesammelt wurde, überzeugend, dass genetische Daten eine Reihe der Grundprinzipien des Darwinismus bestätigen und konkretisieren und zur Klärung der relativen Bedeutung des Darwinismus beitragen Evolution der natürlichen Selektion, verschiedene Arten von Variabilität, Isolation usw. N.I. Vavilov und seine Schüler setzten ihr erfolgreiches Studium der vergleichenden Genetik und der Evolution von Kulturpflanzen fort. Besonders auffällig war die Arbeit seines talentierten Mitarbeiters G.D. Karpechenko, der auf der Grundlage der intergenerischen Hybridisierung einen fruchtbaren Rettich-Kohl-Hybrid erhielt. Er bewies experimentell die Möglichkeit, die Sterilität bei entfernten Hybriden zu überwinden, und reproduzierte eine der Methoden zur Bildung neuer Arten in Pflanzen.
In dieser Zeit blühte die Genetik in der UdSSR auf. Zusätzlich zu den oben genannten herausragenden Arbeiten wurden in verschiedenen Bereichen der Genetik wichtige Ergebnisse erzielt, die von Genetikern auf der ganzen Welt anerkannt werden. Darunter sind die Arbeiten von B. L. Astaurov, der in Experimenten an Seidenraupen mit von ihm entwickelten genetischen Methoden erstmals die Fähigkeit nachwies, die Häufigkeit von Individuen eines bestimmten Geschlechts bei Nachkommen zu regulieren, M. M. Zavadovsky über die Entwicklung sexueller Merkmale bei Wirbeltieren, G. A. Levitsky zur Klassifizierung und Variabilität von Karyotypen und ihrer Entwicklung. Weithin bekannt waren in dieser Zeit die Studien von A. A. Sapegin, K. K. Meister, A. R. Zhebrak über private Genetik und die genetischen Grundlagen der Pflanzenzüchtung, die Arbeiten von A. S. Serebrovsky, S. G. Davydov, D. A. Kislovsky über private Genetik und genetische Grundlagen der Haustierzucht. N. K. Koltsov (cm. KOLTSOW (Nikolai Konstantinowitsch) stellte 1927 das Konzept vor, dass ein Chromosom mit Genen ein riesiges organisches Molekül darstellt und dass die Reproduktion dieses erblichen Moleküls durch eine Matrix erfolgt. Beides wurde später bestätigt, als man begann, genetische Prozesse auf molekularer Ebene zu untersuchen (obwohl sich herausstellte, dass das genetische Material kein Protein ist, wie Koltsov glaubte, sondern DNA).
Ende der 1920er Jahre gab es in der UdSSR eine lebhafte Debatte darüber, ob Modifikationen (damals wurden sie „erworbene Merkmale“ genannt), d. h. phänotypische Veränderungen, die im Körper eines Organismus durch Einwirkung äußerer Bedingungen (Nahrung, Temperatur, Feuchtigkeit, Beleuchtung) können vererbt werden usw.) und die Ausübung oder Nichtbeanspruchung von Organen. Die Idee der Möglichkeit der Vererbung von Modifikationen wurde damals in der ausländischen Genetik aufgrund zahlreicher experimenteller Daten fast vollständig abgelehnt, doch in der UdSSR teilten einige Biologen, insbesondere E. S. Smirnov, E. M. Vermel und A. M. Kuzin, diese Möglichkeit, die sie propagierten . Sie wurden von den Moskauer Philosophen M. B. Mitin, P. F. Yudin und anderen unterstützt, die argumentierten, dass dieses neo-lamarcksche Konzept angeblich der Philosophie des dialektischen Materialismus entspreche. Dieser Streit dauerte mehrere Jahre, obwohl die Eulen den Irrtum der Theorie der Vererbung von Modifikationen überzeugend demonstrierten. Die Genetiker N.K. Koltsov, Yu.A. Filipchenko, A.S. Chetverikov und die Zoologen A.S. Letzterer brachte später wichtige Überlegungen vor, dass Umfang und Art von Veränderungen, obwohl sie nicht vererbt werden, nicht nur von äußeren Einflüssen, sondern auch von der „Reaktionsnorm“ des Organismus, bestimmt durch seinen Genotyp, abhängen. Die falsche Vorstellung von der Vererbung erworbener Eigenschaften sollte später in den antiwissenschaftlichen Ansichten von T. D. Lysenko wiederbelebt werden.
Die charakteristischsten Merkmale der vierten Phase der Geschichte der Genetik (ca. 1940–1955) waren die rasche Entwicklung der Arbeiten zur Genetik physiologischer und biochemischer Merkmale aufgrund der Einbeziehung neuer Objekte für die Genetik in den Kreis genetischer Experimente – Mikroorganismen und Viren. Die Möglichkeit, aus diesen Objekten in kurzer Zeit eine große Anzahl von Nachkommen zu gewinnen, hat die Auflösung der genetischen Analyse stark erhöht und die Untersuchung vieler bisher unzugänglicher Aspekte genetischer Phänomene ermöglicht.
Die Untersuchung der biochemischen Prozesse, die der Bildung erblicher Merkmale in verschiedenen Organismen zugrunde liegen, darunter Drosophila und insbesondere der Schimmelpilz Neurospora, hat Aufschluss darüber gegeben, wie Gene funktionieren und insbesondere, wie Genmutationen die im Körper synthetisierten Enzyme beeinflussen. Dies führte in den 1940er Jahren zu der Verallgemeinerung der amerikanischen Genetiker J. Beadle und E. Tatem, wonach jedes Gen die Synthese eines Enzyms bestimmt (die Formel „ein Gen – ein Enzym“ wurde später zu „ein Gen – eins“ verfeinert Protein“ oder auch „ein Gen – ein Polypeptid“).
In den späten 30er und frühen 40er Jahren bewiesen die Arbeiten der amerikanischen Genetiker M. Green und E. Lewis in Experimenten an Drosophila eindeutig die komplexe Struktur und Fragmentierung des Gens, d. h. ähnliche Daten von A. S. Serebrovsky wurden bestätigt und vertieft (cm. SEREBROVSKY (Alexander Sergejewitsch).
Im Jahr 1944 zeigten die amerikanische Genetikerin O. Avery und ihre Kollegen in ihrer Arbeit zur Aufklärung der Natur der genetischen Transformation in Bakterien, dass die Desoxyribonukleinsäure (DNA) der Chromosomen als Träger der erblichen Potenziale (genetische Informationen) der Bakterien dient Organismus. Diese Entdeckung gab einen starken Impuls für die Erforschung der feinchemischen Struktur, der Biosynthesewege und der biologischen Funktionen von Nukleinsäuren und war der Ausgangspunkt für die Entwicklung der Molekulargenetik und der gesamten Molekularbiologie. Die wichtigsten Errungenschaften am Ende der vierten Periode sind die Feststellung, dass das infektiöse Element von Viren ihre Nukleinsäure (DNA oder RNA) ist, sowie die Entdeckung der Transduktion im Jahr 1952 durch die amerikanischen Genetiker J. Lederberg und M . Zinder (cm.ÜBERTRAGUNG), also die Übertragung von Wirtsgenen durch Viren, und die Aufklärung der Struktur von DNA-Molekülen (der sogenannten Doppelhelix) durch den englischen Physiker F. Crick und den amerikanischen Genetiker J. Watson im Jahr 1953. Letztere Arbeit spielte eine Rolle herausragende Rolle in der gesamten weiteren Entwicklung der Genetik und der gesamten Biologie.
Dank der Fortschritte in der biochemischen Genetik wurden große Fortschritte bei der genetischen und zytologischen Untersuchung von Erbkrankheiten erzielt (cm. ERBLICHE KRANKHEITEN) Person. Dadurch entstand eine neue Richtung – die medizinische Genetik.
Die Arbeiten zur Genetik natürlicher Populationen wurden weiterentwickelt. Besonders intensiv wurden sie in der UdSSR von N. P. Dubinin und seinen Kollegen sowie S. M. Gershenzon und seinen Kollegen sowie in den USA von F. G. Dobrzhansky durchgeführt. Diese Studien zeigen die Rolle verschiedener Arten von Mutationen in der Evolution sowie die Auswirkungen natürlicher Selektion, Isolation und genetischer Drift auf die genetische Struktur natürlicher Populationen. Die Entdeckung einer Reihe starker chemischer Mutagene gab den Anstoß für den raschen Fortschritt der chemischen Mutagenese. In denselben Jahren entstanden die ersten hochproduktiven Kulturpflanzensorten, die auf der Grundlage künstlich durch Strahlung verursachter Mutationen entstanden waren, und der Einsatz chemischer Mutagene für denselben Zweck begann; Insbesondere bei Mais und Seidenraupen wurden Methoden zur Nutzung von Heterosis in die Praxis eingeführt.
Bis in die 1940er Jahre entwickelte sich die Genforschung in der UdSSR insgesamt erfolgreich und nahm einen der führenden Plätze weltweit ein. Mit der Gründung in der Sowjetunion. Die Biologie der absoluten Dominanz von T.D. Lysenko und seinen Mitarbeitern, deren rasanter Fortschritt Mitte der 1930er Jahre begann und 1948 ihren Höhepunkt erreichte, wurde in der UdSSR praktisch zerstört.
Die fünfte Phase in der Geschichte der Genetik (ungefähr von Mitte der 1950er bis Anfang der 1970er Jahre) ist durch die Untersuchung genetischer Phänomene hauptsächlich auf molekularer Ebene gekennzeichnet, die durch die rasche Einführung in die Genetik, wie auch in anderen Bereichen der Genetik, möglich wurde Biologie, neuer chemischer, physikalischer und mathematischer Methoden.
Es wurde festgestellt, dass Gene Abschnitte riesiger Polymer-DNA-Moleküle sind und sich in der Anzahl und Reihenfolge des Wechsels ihrer konstituierenden Nukleotidpaare unterscheiden. Durch die gemeinsamen Anstrengungen von Genetikern, Physikern und Chemikern wurde herausgefunden, dass die Erbinformationen, die von den Eltern an die Nachkommen weitergegeben werden, durch die Sequenz von Nukleotidpaaren in Genen kodiert werden. Mit Hilfe von Enzymen wird es in die Nukleotidsequenz einzelsträngiger Matrix-RNA-Moleküle (Boten-RNA) umgeschrieben (Transkription), die die Aminosäuresequenz synthetisierter Proteine ​​bestimmen (Translation), die die grundlegenden Eigenschaften des Körpers bestimmen (in Bei RNA-haltigen Viren ist die genetische Information in der Nukleotidsequenz ihrer RNA kodiert. Bei der Entschlüsselung des genetischen Codes (cm. GENETISCHER CODE), das sich als universell für alle Lebewesen herausstellte, liegen die Hauptverdienste bei F. Crick, S. Brenner (Großbritannien), S. Ochoa und M. Nirenberg (USA).
Dank der Entdeckung einer Reihe von Enzymen (Restriktionsenzyme), die den DNA-Strang an bestimmten Stellen in kleine Fragmente schneiden, lernten sie in denselben Jahren, Gene aus der DNA von Chromosomen zu isolieren. 1969 führten H. G. Korana und seine Kollegen in den USA die chemische Synthese des Gens durch.
Im Jahr 1961 entdeckten die französischen Genetiker F. Jacob und J. Monod regulatorische Mechanismen zum Ein- und Ausschalten der Arbeit einiger Proteinsynthesegene in Escherichia coli und entwickelten auf der Grundlage dieser Daten das Konzept des Operons (cm. OPERON), was später in anderen Organismen bestätigt wurde.
Durch die Aufklärung der molekularen Mechanismen von Mutationen wurden große Fortschritte bei der Suche und Untersuchung der Wirkung neuer starker chemischer Mutagene („Supermutagene“) und bei deren Einsatz in der selektiven Praxis erzielt. Auch die Arbeiten sind in vielen Bereichen deutlich vorangekommen. andere Bereiche der Genetik - bei der Entwicklung von Methoden zum Schutz des menschlichen Genoms vor den Auswirkungen physikalischer und chemischer Umweltmutagene, bei der Offenlegung molekulargenetischer Mechanismen zur Regulierung der individuellen Entwicklung von Organismen, bei der Untersuchung bisher wenig erforschter Phänomene von extranukleäre Vererbung, die über Plastiden, Mitochondrien und Plasmide erfolgt. Gegen Ende dieses Zeitraums kam es in der UdSSR (seit 1965) zu einer umfassenden Wiederbelebung der Genforschung.
Im gegenwärtigen Stadium der Geschichte der Genetik, das in den frühen 1970er Jahren begann, entwickelte sich die Molekulargenetik zusammen mit dem Fortschritt fast aller zuvor etablierten Bereiche besonders intensiv, was zu grundlegenden Entdeckungen und in der Folge zu ihrer Entstehung und Erfolg führte Entwicklung grundlegend neuer Formen der angewandten Genetik.
So erhielten S. M. Gershenzon und seine Kollegen, die die Reproduktion eines der Insektenviren untersuchten, bereits in den 1960er Jahren in der UdSSR neue Daten dafür, dass genetische Informationen von RNA auf DNA übertragen werden können (reverse Transkription). und zwar nicht nur von der DNA zur RNA, die bisher als einziger Transkriptionsweg galt. 1970 bewiesen die amerikanischen Genetiker G. Temin und D. Baltimore in Experimenten mit einigen RNA-haltigen tierischen Tumorviren die Existenz der Reverse Transkription, identifizierten ihren molekularen Mechanismus und isolierten das Enzym, das sie ausführt – die Reverse Transkriptase (Revertase). (cm. REVERTASE)), kodiert durch das virale Gen. Die Entdeckung der Reverse Transkription ermöglichte es, viele physiologisch aktive Gene auf Basis ihrer Boten-RNA künstlich zu synthetisieren und Genbanken anzulegen (cm. Genbank), sowohl künstlich synthetisiert als auch natürlich. Die meisten dieser Gene wurden bereits sequenziert, das heißt, die Reihenfolge der darin enthaltenen Nukleotidpaare wurde bestimmt. Die aus der Sequenzierung gewonnenen Daten führten zur Entdeckung der Intron-Exon-Struktur der meisten eukaryotischen Gene.
Herausfinden, dass die Vermehrung RNA-haltiger onkogener Viren durch Reverse Transkription erfolgt (solche Viren wurden später Retroviren genannt). (cm. RETROVIREN)) spielte eine wichtige Rolle bei der Entwicklung des modernen molekulargenetischen Konzepts der Onkogenese (cm. ONKOGENESE)- Auftreten bösartiger Tumoren. In der Mitte wurde die virogenetische Natur des Auftretens von Tumoren hervorgehoben. 1940er Jahre vom sowjetischen Virologen L.A. Zilber, der mit einem DNA-haltigen onkogenen Virus arbeitete. Allerdings wurde ihre Anerkennung in jenen Jahren dadurch erschwert, dass sie nicht erklären konnte, wie RNA-Viren bösartige Tumore verursachen. Nach der Entdeckung der Reverse Transkription wurde klar, dass die virogenetische Theorie auf Retroviren im gleichen Maße anwendbar ist wie auf DNA-haltige onkogene Viren. Anschließend begann sich die virusogenetische Theorie des bösartigen Wachstums zu entwickeln. arr. basierend auf der Onkogen-Hypothese (cm. ONKOGENE), zuerst von den amerikanischen Wissenschaftlern R. Huebner und J. Todaro vorgeschlagen und dann durch zahlreiche experimentelle Studien bestätigt.
Die Entdeckung und Erforschung mobiler genetischer Elemente war auch für die Entwicklung der Genetik von grundlegender Bedeutung (cm. MOBILE GENETISCHE ELEMENTE), zuerst vorhergesagt von B. McClintock (cm. McCLINTOCK (Barbara) bereits Ende der 1940er Jahre basierend auf genetischen Experimenten an Mais. Diese Daten wurden erst richtig gewürdigt, als umfangreiche Arbeiten zur Genetik von Bakterien Ende der 1960er Jahre zur Entdeckung zweier Klassen mobiler genetischer Elemente führten. Ein Jahrzehnt später identifizierten D. Hogness und seine Mitarbeiter (USA) und unabhängig davon G.P. Georgiev und seine Mitarbeiter (UdSSR) mobile genetische Elemente, sogenannte mobile dispergierte Gene (MDGs), in Drosophila. Bald wurde entdeckt, dass auch andere Eukaryoten über mobile genetische Elemente verfügen.
Einige mobile genetische Elemente sind in der Lage, benachbarte Gene einzufangen und an andere Stellen im Genom zu übertragen. Diese Fähigkeit des mobilen P-Elements von Drosophila nutzten die amerikanischen Genetiker G. Rubin und A. Spradling, um eine Technik zu entwickeln, mit der jedes mithilfe von Restriktionsenzymen isolierte Gen oder ein Teil davon an eine ungewöhnliche Stelle auf den Chromosomen übertragen werden kann. Diese Methode wird häufig verwendet, um die Rolle regulatorischer Gene bei der Funktion von Strukturgenen zu untersuchen, Mosaikgene zu konstruieren usw.
Der molekulargenetische Ansatz hat das Verständnis des Mechanismus der Antikörpersynthese (Immunglobuline) vertieft (cm. IMMUNGLOBULINE)). Durch die Identifizierung von Strukturgenen, die die konstanten und variablen Ketten von Immunglobulinmolekülen kodieren, und regulatorischen Genen, die die koordinierte Wirkung dieser Strukturgene gewährleisten, konnte erklärt werden, wie es möglich ist, eine große Anzahl verschiedener Immunglobuline auf der Grundlage einer begrenzten Menge zu synthetisieren der entsprechenden Gene.
Bereits in den Anfangsstadien der Entwicklung der Genetik wurde eine Vorstellung von zwei Haupttypen der Variabilität gebildet: erbliche oder genotypische Variabilität, die durch Gen- und Chromosomenmutationen und Genrekombination verursacht wird, und nicht erbliche oder Modifikation, die durch verursacht wird Einfluss verschiedener Umweltfaktoren auf die Eigenschaften eines sich entwickelnden Organismus. Dementsprechend war es üblich, den Phänotyp eines Organismus als Ergebnis des Zusammenspiels von Genotyp und Umweltfaktoren zu betrachten. Dieses Konzept erforderte jedoch erhebliche Ergänzungen. Bereits 1928 äußerte B.L. Astaurov auf der Grundlage einer Studie über die Variabilität einiger mutierter Merkmale von Drosophila die Idee, dass einer der Gründe für die Variabilität zufällige Abweichungen in der Entwicklung bestimmter Merkmale (Organe) sein könnten. In den 1980er Jahren erhielt diese Idee weitere Bestätigung. Experimente von G. Stent (USA) und V. A. Strunnikov (UdSSR), die an verschiedenen Tieren (Nematoden, Blutegel, Drosophila, Seidenraupe) durchgeführt wurden, zeigten, dass selbst bei genetisch identischen (isogenen) Individuen, die in aufgewachsen sind, eine ausgeprägte Variabilität der strukturellen und physiologischen Eigenschaften beobachtet wird idealerweise homogene Umgebungsbedingungen. Diese Variabilität ist offensichtlich auf zufällige Abweichungen im Verlauf verschiedener intra- und interzellulärer ontogenetischer Prozesse zurückzuführen, also auf das, was man als „ontogenetisches Rauschen“ bezeichnen kann. In diesem Zusammenhang entwickelte V. A. Strunnikov die Idee der „Implementierungsvariabilität“, die neben Genotyp und Modifikation an der Bildung des Phänotyps beteiligt ist (weitere Einzelheiten finden Sie unter Variabilität). (cm. VARIABILITÄT)).
Die Erfolge der Molekulargenetik haben die Voraussetzungen für die Entstehung von vier neuen Bereichen der Genforschung, hauptsächlich angewandter Natur, geschaffen, deren Hauptziel darin besteht, das Genom eines Organismus in die gewünschte Richtung zu verändern. Der sich am schnellsten entwickelnde dieser Bereiche war die Gentechnik. (cm. GENTECHNIK) und Genetik somatischer Zellen Die Gentechnik wird in genetische (künstliche Übertragung einzelner Gene) und chromosomale (künstliche Übertragung von Chromosomen und deren Fragmenten) unterteilt. Gentechnische Methoden, deren Entwicklung 1972 in den USA im Labor von P. Berg begann, werden häufig zur industriellen Herstellung hochwertiger biologischer Produkte für die Medizin (Humaninsulin, Interferon, Impfstoffe gegen Hepatitis B usw.) eingesetzt die Diagnose von AIDS usw.). Mit ihrer Hilfe wurde eine Vielzahl transgener Tiere gewonnen (cm. TRANSGENE TIERE). Es wurden Kartoffel- und Sonnenblumenpflanzen erhalten, die mit Speicherprotein angereichert waren, das durch das Leguminosen-Gen kodiert wurde, und Sonnenblumenpflanzen, die mit Protein angereichert waren, das durch das Mais-Gen kodiert war. Die in vielen Laboren weltweit durchgeführten Arbeiten zur Übertragung von Stickstofffixierungsgenen von Bodenbakterien auf landwirtschaftliche Pflanzen sind vielversprechend. Es werden Versuche unternommen, Erbkrankheiten zu heilen, indem ein „gesundes“ Gen in den Körper des Patienten eingeführt wird, um das mutierte Gen zu ersetzen, das die Krankheit verursacht. Fortschritte in der rekombinanten DNA-Technologie, die es ermöglicht haben, viele Gene aus anderen Organismen zu isolieren, sowie erweiterte Kenntnisse über die Regulierung ihrer Expression lassen auf die Verwirklichung dieser bisher scheinbar fantastischen Idee hoffen.
Die Methode des Chromosomen-Engineerings ermöglicht es, den diploiden Kern einer somatischen Zelle in ein Säugetierei zu verpflanzen, wobei der Kern entfernt wurde, und ein solches Ei in die Gebärmutter einer Frau einzuführen, die hormonell auf die Implantation vorbereitet ist. In diesem Fall wird ein Nachkomme geboren, der genetisch mit dem Individuum identisch ist, von dem die Körperzelle entnommen wurde. Von diesem Individuum kann eine unbegrenzte Anzahl solcher Nachkommen gewonnen, d. h. es kann genetisch geklont werden (siehe Klonen von Tieren). (cm. Klonen von Tieren)).
Die Forschung an somatischen Zellen von Pflanzen, Tieren und Menschen ist von praktischer Bedeutung. Durch die Auswahl von Pflanzenzellen, die medizinische Alkaloide (Duftraute, Rauwolfia) produzieren, in Kombination mit Mutagenese wird der Gehalt dieser Alkaloide in der Zellmasse um das 10- bis 20-fache erhöht. Durch die Selektion von Zellen auf Nährmedien und die anschließende Regeneration ganzer Pflanzen aus Zellkallus wurden Sorten einer Reihe von Kulturpflanzen entwickelt, die gegen verschiedene Herbizide und den Salzgehalt des Bodens resistent sind. Durch Hybridisierung somatischer Zellen verschiedener Pflanzenarten und -gattungen, deren sexuelle Hybridisierung unmöglich oder sehr schwierig ist, und anschließende Regeneration aus Zellkallus entstanden verschiedene Hybridformen (Kohl – Rüben, Kulturkartoffeln – Wildarten usw.).
Eine weitere wichtige Errungenschaft in der Genetik tierischer Körperzellen ist die Entstehung von Hybridomen (cm. HYBRIHOUSE), auf deren Grundlage monoklonale Antikörper gewonnen werden, die zur Herstellung hochspezifischer Impfstoffe sowie zur Isolierung des notwendigen Enzyms aus einem Enzymgemisch verwendet werden.
Zwei weitere molekulargenetische Richtungen sind für die Praxis sehr vielversprechend – die ortsspezifische Mutagenese und die Erzeugung von Antisense-RNA. Die ortsspezifische Mutagenese (Induktion von Mutationen in einem bestimmten Gen, das durch Restriktionsenzyme oder seine komplementäre DNA isoliert wurde, und anschließende Aufnahme des mutierten Gens in das Genom, um sein nicht mutiertes Allel zu ersetzen) ermöglichte es erstmals, das gewünschte Ziel zu induzieren als zufällige Genmutationen und wird bereits erfolgreich zur Erzielung gezielter Genmutationen in Bakterien und Hefen eingesetzt.
Antisense-RNA, deren Möglichkeit erstmals 1981 von dem in den USA tätigen japanischen Immunologen D. Tomizawa gezeigt wurde, kann zur gezielten Regulierung des Syntheseniveaus bestimmter Proteine ​​​​sowie zur gezielten Hemmung von Onkogenen und Virusgenomen eingesetzt werden. Die in diesen neuen genetischen Bereichen durchgeführte Forschung zielte in erster Linie auf die Lösung angewandter Probleme ab. Gleichzeitig leisteten sie einen grundlegenden Beitrag zu Vorstellungen über die Organisation des Genoms, die Struktur und Funktionen von Genen, die Beziehung zwischen Kerngenen und Zellorganellen usw.
Hauptaufgaben der Genetik
Die genetische Forschung verfolgt zwei Arten von Zielen: die Muster der Vererbung und Variabilität zu verstehen und Wege zu finden, diese Muster praktisch zu nutzen. Beide sind eng miteinander verbunden: Die Lösung praktischer Probleme basiert auf Schlussfolgerungen aus der Untersuchung grundlegender genetischer Probleme und liefert gleichzeitig Fakten, die für die Erweiterung und Vertiefung theoretischer Konzepte wichtig sind.
Von Generation zu Generation werden (wenn auch manchmal in etwas verzerrter Form) Informationen über alle unterschiedlichen morphologischen, physiologischen und biochemischen Eigenschaften weitergegeben, die bei Nachkommen verwirklicht werden sollten. Basierend auf dieser kybernetischen Natur genetischer Prozesse ist es zweckmäßig, vier theoretische Hauptprobleme zu formulieren, die von der Genetik untersucht werden:
Erstens gibt es das Problem der Speicherung genetischer Informationen. Es wird untersucht, in welchen materiellen Strukturen der Zelle genetische Informationen enthalten sind und wie sie dort kodiert sind (siehe Genetischer Code). (cm. GENETISCHER CODE)).
Zweitens besteht das Problem der Übertragung genetischer Informationen. Es werden die Mechanismen und Muster der Übertragung genetischer Informationen von Zelle zu Zelle und von Generation zu Generation untersucht.
Drittens das Problem der Umsetzung genetischer Informationen. Es wird untersucht, wie genetische Informationen in spezifischen Merkmalen eines sich entwickelnden Organismus verkörpert werden und mit Umwelteinflüssen interagieren, die diese Merkmale in gewissem Maße, manchmal erheblich, verändern.
Viertens das Problem der Veränderung genetischer Informationen. Die Arten, Ursachen und Mechanismen dieser Veränderungen werden untersucht.
Schlussfolgerungen aus der Untersuchung grundlegender Probleme der Vererbung und Variabilität dienen als Grundlage für die Lösung angewandter Probleme der Genetik.
Errungenschaften der Genetik werden genutzt, um Kreuzungstypen auszuwählen, die die genotypische Struktur (Segregation) der Nachkommen am besten beeinflussen, um die wirksamsten Selektionsmethoden auszuwählen, um die Entwicklung erblicher Merkmale zu regulieren, um den Mutationsprozess zu kontrollieren und um gezielte Veränderungen im Genom zu ermöglichen ein Organismus, der Gentechnik und ortsspezifische Mutagenese nutzt. Wenn Sie wissen, wie sich unterschiedliche Selektionsmethoden auf die genotypische Struktur der ursprünglichen Population (Rasse, Sorte) auswirken, können Sie die Selektionsmethoden verwenden, die diese Struktur am schnellsten in die gewünschte Richtung verändern. Das Verständnis der Art und Weise, wie genetische Informationen während der Ontogenese realisiert werden, und des Einflusses, den die Umwelt auf diese Prozesse ausübt, hilft bei der Auswahl von Bedingungen, die zur vollständigsten Manifestation wertvoller Merkmale in einem bestimmten Organismus und zur „Unterdrückung“ unerwünschter Merkmale beitragen. Dies ist wichtig für die Steigerung der Produktivität von Haustieren, Kulturpflanzen und industriellen Mikroorganismen sowie für die Medizin, da so die Manifestation einer Reihe erblicher menschlicher Krankheiten verhindert werden kann.
Die Untersuchung physikalischer und chemischer Mutagene und ihres Wirkungsmechanismus ermöglicht die künstliche Gewinnung vieler erblich veränderter Formen, was zur Schaffung verbesserter Stämme nützlicher Mikroorganismen und Kulturpflanzensorten beiträgt. Die Kenntnis der Gesetze des Mutationsprozesses ist notwendig, um Maßnahmen zum Schutz des Genoms von Menschen und Tieren vor Schäden durch physikalische (hauptsächlich Strahlung) und chemische Mutagene zu entwickeln.
Der Erfolg jeder genetischen Forschung wird nicht nur durch die Kenntnis der allgemeinen Gesetze der Vererbung und Variabilität bestimmt, sondern auch durch die Kenntnis der besonderen Genetik der Organismen, mit denen gearbeitet wird. Obwohl die Grundgesetze der Genetik universell sind, weisen sie aufgrund von Unterschieden beispielsweise in der Reproduktionsbiologie und der Struktur des genetischen Apparats auch bei verschiedenen Organismen Besonderheiten auf. Darüber hinaus ist es für praktische Zwecke notwendig zu wissen, welche Gene an der Bestimmung der Eigenschaften eines bestimmten Organismus beteiligt sind. Daher ist die Untersuchung der Genetik spezifischer Merkmale eines Organismus ein wesentlicher Bestandteil der angewandten Forschung.
Hauptzweige der Genetik
Die moderne Genetik ist durch viele Abschnitte von sowohl theoretischem als auch praktischem Interesse vertreten. Unter den Abschnitten der allgemeinen oder „klassischen“ Genetik sind die wichtigsten: genetische Analyse, Grundlagen der chromosomalen Vererbungstheorie, Zytogenetik, zytoplasmatische (extranukleäre) Vererbung, Mutationen, Modifikationen. Molekulargenetik, Genetik der Ontogenese (Phänogenetik), Populationsgenetik (genetische Struktur von Populationen, Rolle genetischer Faktoren bei der Mikroevolution), Evolutionsgenetik (Rolle genetischer Faktoren bei Artbildung und Makroevolution), Gentechnik, Genetik somatischer Zellen, Immungenetik , private Genetik - Genetik entwickelt intensiv Bakterien, Virusgenetik, Tiergenetik, Pflanzengenetik, Humangenetik, medizinische Genetik und viele andere. usw. Der neueste Zweig der Genetik – die Genomik – untersucht die Prozesse der Bildung und Evolution von Genomen.
Der Einfluss der Genetik auf andere Zweige der Biologie
Die Genetik nimmt in der modernen Biologie einen zentralen Platz ein und untersucht die Phänomene der Vererbung und Variabilität, die weitgehend alle wesentlichen Eigenschaften von Lebewesen bestimmen. Die Universalität des genetischen Materials und des genetischen Codes liegt der Einheit aller Lebewesen zugrunde, und die Vielfalt der Lebensformen ist das Ergebnis der Besonderheiten ihrer Umsetzung im Verlauf der individuellen und historischen Entwicklung der Lebewesen. Errungenschaften der Genetik sind ein wichtiger Bestandteil fast aller modernen biologischen Disziplinen. Die synthetische Evolutionstheorie ist die engste Kombination von Darwinismus und Genetik. Gleiches gilt für die moderne Biochemie, deren wesentliche Bestimmungen zur Steuerung der Synthese der Hauptbestandteile lebender Materie – Proteine ​​und Nukleinsäuren – auf den Errungenschaften der Molekulargenetik basieren. Die Zytologie befasst sich mit der Struktur, Reproduktion und Funktion von Chromosomen, Plastiden und Mitochondrien, also den Elementen, in denen genetische Informationen gespeichert sind. Die Taxonomie von Tieren, Pflanzen und Mikroorganismen nutzt zunehmend den Vergleich von Genen, die für Enzyme und andere Proteine ​​kodieren, sowie den direkten Vergleich von Nukleotidsequenzen von Chromosomen, um den Grad der Verwandtschaft von Taxa festzustellen und ihre Phylogenie aufzuklären. Anhand genetischer Modelle werden verschiedene physiologische Prozesse von Pflanzen und Tieren untersucht; Insbesondere bei der Untersuchung der Physiologie des Gehirns und des Nervensystems nutzen sie spezielle genetische Methoden, Linien von Drosophila und Laborsäugetieren. Die moderne Immunologie basiert vollständig auf genetischen Daten zum Mechanismus der Antikörpersynthese. Genetische Errungenschaften sind in gewissem Maße, oft sehr bedeutsam, ein integraler Bestandteil der Virologie, Mikrobiologie und Embryologie. Wir können mit Recht sagen, dass die moderne Genetik einen zentralen Platz unter den biologischen Disziplinen einnimmt.

Genetik

Der Satz von Allelen für einen bestimmten Organismus wird als „gen“ bezeichnet, und das beobachtete Merkmal oder Merkmal des Organismus wird als „gen“ bezeichnet. Wenn man sagt, dass ein bestimmter Organismus für ein Gen heterozygot ist, wird oft ein Allel als dominant (dominant) bezeichnet, weil seine Eigenschaften im Phänotyp des Organismus vorherrschen, während andere Allele als rezessiv bezeichnet werden, weil ihre Eigenschaften möglicherweise fehlen und nicht beobachtet werden. Einige Allele haben keine vollständige Dominanz, sondern eine unvollständige Dominanz eines intermediären Phänotyps, eines sogenannten. - beide Merkmale sind gleichzeitig dominant und beide Merkmale sind im Phänotyp vorhanden.

Wenn sich ein Organismenpaar sexuell vermehrt, erben ihre Nachkommen zufällig eines von zwei Allelen von jedem Elternteil.Die Beobachtung der diskreten Vererbung und Segregation von Allelen wird allgemein als oder bezeichnet Rassentrennungsgesetz (Gesetz der Einheitlichkeit von Hybriden der ersten Generation).

Interaktion mehrerer Gene

Die menschliche Körpergröße ist ein komplexes genetisches Merkmal. Forschungsergebnisse von Francis Galton aus dem Jahr 1889 zeigen einen Zusammenhang zwischen der Größe der Nachkommen und der durchschnittlichen Größe ihrer Eltern.Allerdings ist die Korrelation nicht absolut und es gibt erhebliche Abweichungen von der genetischen Variation in der Größe der Nachkommen, was darauf hindeutet, dass auch die Umwelt ein wichtiger Faktor für das Merkmal ist.

Organismen verfügen über Tausende von Genen, und während der sexuellen Fortpflanzung ist der Bereich dieser Gene weitgehend unabhängig, das heißt, sie werden zufällig vererbt, ohne dass eine Verbindung zwischen ihnen besteht. Das bedeutet, dass die Vererbung von Allelen für gelbe oder grüne Erbsen keinen Zusammenhang mit der Vererbung von Allelen für weiße oder violette Blüten hat. Dieses Phänomen, bekannt als „Gesetz der unabhängigen Erbschaft“ (das Gesetz der Merkmalstrennung) bedeutet, dass die Allele verschiedener Gene zwischen den Eltern gemischt werden, um Nachkommen mit unterschiedlichen Kombinationen zu bilden. Einige Gene können nicht separat vererbt werden, da sie eine spezifische genetische Verbindung haben, die später in diesem Artikel besprochen wird.

Oftmals können verschiedene Gene so interagieren, dass sie dasselbe Merkmal beeinflussen. Beispielsweise gibt es im Frühlingsnabelwurm (Omphalodes verna) ein Gen aus Allelen, die die Farbe der Blüte bestimmen: blau oder lila.Allerdings steuert ein anderes Gen, ob die Blüte eine Farbe hat oder weiß. Wenn eine Pflanze zwei Kopien des weißen Allels hat, sind ihre Blüten weiß, unabhängig davon, ob das erste Gen ein blaues oder violettes Allel hatte. Diese Interaktion zwischen Genen nennt man – die Aktivität eines Gens wird durch Variationen in anderen Genen beeinflusst.

Viele Merkmale sind keine eigenständigen Merkmale (z. B. violette oder weiße Blüten), sondern kontinuierliche Merkmale (z. B. menschliche Körpergröße und Hautfarbe).Dieser Merkmalskomplex ist eine Folge des Vorhandenseins vieler Gene. Der Einfluss dieser Gene ist ein Zusammenhang zwischen unterschiedlich starken Umwelteinflüssen auf Organismen. ist der Grad, in dem die Gene eines Organismus zu einer Reihe charakteristischer Merkmale beitragen. Die Messung der Vererbbarkeit von Merkmalen ist relativ – in einer Umgebung, die sich häufig ändert, hat sie einen größeren Einfluss auf die Gesamtveränderung charakteristischer Merkmale. In den Vereinigten Staaten beispielsweise ist die Körpergröße eines Menschen ein komplexes Merkmal mit einer Vererbungswahrscheinlichkeit von 89 %. In Nigeria, wo die Menschen erhebliche Unterschiede beim Zugang zu guter Ernährung und Gesundheitsversorgung haben, liegt die Wahrscheinlichkeit, ein Merkmal wie Körpergröße zu erben, jedoch nur bei 62 %.

Wiedergabe

Wenn sich Zellen teilen, wird ihr gesamtes Genom kopiert und jede Tochterzelle erbt einen vollständigen Satz an Genen. Dieser Vorgang wird als einfachste Form der Fortpflanzung und Grundlage der vegetativen (asexuellen) Fortpflanzung bezeichnet. Vegetative Fortpflanzung kann auch bei mehrzelligen Organismen stattfinden, wodurch Nachkommen entstehen, die das Genom von einem einzigen Vater erben. Nachkommen, die genetisch mit ihren Eltern identisch sind, werden Klone genannt.

Eukaryontische Organismen nutzen häufig die sexuelle Fortpflanzung, um Nachkommen zu erzeugen, die gemischtes genetisches Material haben, das von zwei verschiedenen Vätern geerbt wurde. Der Prozess der sexuellen Fortpflanzung variiert (alterniert) je nach Typ, der eine Kopie des Genoms (und eine Doppelkopie ()) enthält. Haploide Zellen entstehen durch Fusion von genetischem Material mit einer anderen haploiden Zelle, um eine diploide Zelle mit gepaarten Chromosomen (z. B. Die Fusion (haploide Zelle) und (haploide Zelle) führt zur Bildung von haploiden Zellen, ohne ihre DNA zu reproduzieren, wodurch Tochterzellen entstehen, die zufällig eines von jedem Chromosomenpaar erben Organismen für den größten Teil ihres Lebens, mit einer haploiden Form, die nur für eine Zelle charakteristisch ist - .

Obwohl sie nicht den haploiden/diploiden Modus der sexuellen Fortpflanzung nutzen, verfügen Bakterien über viele Möglichkeiten, neue genetische Informationen zu erhalten (z. B. zur Variation). Einige Bakterien können durch die Weitergabe eines kleinen kreisförmigen DNA-Stücks an ein anderes Bakterium übertragen werden. Bakterien können auch fremde DNA-Fragmente aus der Umgebung aufnehmen und in ihr Genom integrieren, ein sogenanntes Phänomen Transformation. Dieser Vorgang wird auch als Übertragung von Fragmenten genetischer Information zwischen nicht miteinander verwandten Organismen bezeichnet.

>Abstracts zur Biologie

Genetik

Die Genetik ist einer der wichtigsten Bereiche der Biologie. Dies ist die Wissenschaft der Gesetze der Vererbung und Variabilität. Das Wort „Genetik“ ist griechischen Ursprungs und bedeutet übersetzt „von jemandem kommend“. Forschungsobjekte können Pflanzen, Tiere, Menschen, Mikroorganismen sein. Die Genetik ist eng mit Wissenschaften wie Gentechnik, Medizin, Mikrobiologie und anderen verbunden.

Ursprünglich wurde die Genetik als ein Muster der Vererbung und Variabilität betrachtet, das auf den äußeren und inneren Merkmalen des Organismus basiert. Heute weiß man, dass Gene existieren und speziell markierte Abschnitte der DNA oder RNA sind, also Moleküle, in denen alle genetischen Informationen programmiert sind.

Basierend auf archäologischen Beweisen wissen die Menschen seit über 6.000 Jahren, dass bestimmte körperliche Merkmale von Generation zu Generation weitergegeben werden können. Der Mensch hat sogar gelernt, verbesserte Sorten von Pflanzen und Tierrassen zu schaffen, indem er bestimmte Populationen auswählt und untereinander kreuzt. Die Bedeutung der Genetik wurde jedoch erst im 19. und 20. Jahrhundert mit dem Aufkommen moderner Mikroskope vollständig erkannt. Der österreichische Mönch Gregor Mendel leistete einen großen Beitrag zur Entwicklung der Genetik. 1866 stellte er seine Arbeit über die Grundlagen der modernen Genetik vor. Er bewies, dass erbliche Neigungen sich nicht vermischen, sondern in Form separater Einheiten von Generation zu Generation weitergegeben werden. Im Jahr 1912 bewies der amerikanische Genetiker Thomas Morgan, dass sich diese Einheiten in Chromosomen befinden. Seitdem hat die klassische Genetik wissenschaftliche Fortschritte gemacht und große Erfolge bei der Erklärung der Vererbung nicht nur auf der Ebene des Organismus, sondern auch auf der Ebene des Gens erzielt.

Die Ära der Molekulargenetik begann in den 1940er und 1950er Jahren. Es gibt Hinweise auf die führende Rolle der DNA bei der Übertragung erblicher Informationen. Die Entdeckung bestand in der Entschlüsselung der DNA-Struktur, des Triplett-Codes und der Beschreibung der Mechanismen der Proteinbiosynthese. Außerdem wurde die Aminosäure- oder Nukleotidsequenz von DNA und RNA entdeckt.

Die ersten Experimente in Russland fanden im 18. Jahrhundert statt und waren mit der Pflanzenhybridisierung verbunden. Im 20. Jahrhundert entstanden wichtige Arbeiten in der experimentellen Botanik und Zoologie sowie an landwirtschaftlichen Versuchsstationen. Ende der 1930er Jahre entstand im Land ein Netzwerk organisierter Forschungsinstitute, Versuchsstationen und Universitätsabteilungen für Genetik. 1948 wurde die Genetik zur Pseudowissenschaft erklärt. Die Wiederherstellung der Wissenschaft erfolgte nach der Entdeckung und Entschlüsselung der DNA-Struktur etwa in den 1960er Jahren.