Основные этапы развития генетики

 


Первые идеи о механизме наследственности высказали ещё древнегреческие учёные – Демокрит, Гиппократ, Платон, Аристотель. Гиппократ полагал, что яйцеклетки и сперма формируются при участии всех частей организма и что признаки родителей непосредственно передаются потомкам. Эту гипотезу в целом принял Аристотель, взгляды которого по разным вопросам философии и естествознания господствовали на протяжении всего средневекового периода в Европе. Автор первой научной теории эволюции Ж.Б.Ламарк также воспользовался идеями древнегреческих учёных для объяснения постулированного им на рубеже XVIII-XIX вв. принципа передачи приобретённых в течение жизни индивидума новых признаков потомству.

         В 80-х годах прошлого века теорию пангенезиса и саму идею о наследовании благоприобретённых признаков резкой критике подверг А.Вейсман (1834-1914). Вейсман принял и развил идею, согласно которой наследственный материал сосредоточен в ядерной субстанции клеток или в хромосомах. Если учесть, что о поведении хромосом в митозе и мейозе к концу XIX в. было уже довольно много известно, то не удивительно, что теория Вейсмана о зародышевой плазме во многом подготовила биологов к необходимости коренного пересмотра взглядов на наследственность сразу после вторичного открытия законов Менделя.

         Годом рождения генетики считается 1900-й; она ровесница XX в. Известно, что становлению генетики как самостоятельной области биологии предшествовало необычное в истории науки событие. Фактически основные законы генетики были открыты в 1865 г. Г.Менделем. Однако, на протяжении последующих 35 лет они остались неизвестными большинству биологов, в том числе и Дарвину. Вместе с тем у Менделя были предшественники-экспериментаторы. В их числе О.Сажрэ, И.Г.Кельрейтер, Т.Э.Найт, Ш.Ноден, Дж. Госс. Они наблюдали и факты доминирования, и расщепление признаков родителей в потомстве, но их опыты не отличались той глубокой продуманностью и целенаправленностью, которые были характерны для исследований Менделя, в них отсутствовал строгий количественный учёт результатов.

         Вторичное  открытие  законов  Менделя  принадлежит трём учёным – Г. де Фризу (Голландия), К.Корренсу (Германия), Э.Чермаку (Австрия). Практически они одновременно получили факты, полностью подтверждающие закономерности наследования признаков, открытые Менделем на горохе. Приоритет Менделя вскоре был восстановлен, и последующее десятилетие в истории генетики с полным правом может быть охарактеризовано как период торжества менделизма. Название новой науки – генетика – было предложено в 1906 г. английским учёным В.Бэтсоном (от латинского genetikos – относящийся к происхождению, рождению). Датчанин В.Иоганнсен в 1909 г. утвердил в биологической литературе такие принципиально важные понятия, как ген (от греческого genos – род, рождение, происхождение), генотип, фенотип. На этом этапе истории генетики была принята и получила дальнейшее развитие менделевская, по существу умозрительная, концепция гена как материальной единицы наследственности, ответственной за передачу отдельных признаков в ряду поколений организмов.   Тогда же голландский учёный Г. де Фриз (1901) выдвинул теорию изменчивости, основанную на представлении о скачкообразности изменений наследственных свойств в результате мутаций.

         Этот этап (с 1900 г. ~ до 1912 г.) – период триумфального шествия менделизма, утверждения открытых Менделем законов наследственности гибридологическими опытами, проведенными в разных странах на высших растениях и животных (лабораторных грызунах, курах, бабочках и др.), в результате чего выяснилось, что законы эти имеют универсальный характер. В течение немногих лет генетика оформилась как самостоятельная биологическая дисциплина и получила широкое признание.

         Главной отличительной чертой второго этапа истории генетики (~ 1912 до 1925 г.) было создание и утверждение хромосомной теории наследственности. Ведущую роль в этом сыграли экспериментальные работы американского генетика Т.Моргана (1861-1945) и трёх его учеников – А.Стертеванта, К.Бриджеса, Г.Меллера, проведённые на плодовой мушке дрозофиле , которая благодаря ряду своих свойств (удобству содержания в лаборатории, быстроте размножения, высокой плодовитости, малому числу хромосом) стала с тех пор излюбленным объектом генетических исследований. Блестящие работы Моргана, подтверждённые затем в других лабораториях и на других объектах, показали, что наследственные задатки – гены – лежат в хромосомах клетки ядра и что передача наследственных признаков определяется судьбой хромосом при созревании половых клеток при оплодотворении. Вывод этот подтверждался двумя методами – гибридологическим и цитологическим, дававшими согласные взаимно подтверждающие результаты. Генетические работы школы Моргана показали возможность строить карты хромосом с указанием точного расположения там разных генов (первую карту составил в 1913 г. Стертевант для одной из хромосом дрозофилы). На основе  хромосомной теории наследственности был выяснен и доказан хромосомный механизм определения пола – главные заслуги в этом принадлежали Моргану и американскому цитологу Э.Вильсону. Не только всё дальнейшее развитие генетики проходило в свете этой теории, но она оказала глубокое влияние на другие биологические дисциплины – цитологию, эмбриологию, биохимию, эволюционное учение, а позже послужила одной из главных предпосылок зарождения и становления современной молекулярной биологии.

         Третий этап истории генетики (~ 1925 – 1940 г.) ознаменован в первую очередь открытием возможности искусственно вызвать мутации. До тех пор существовала ошибочная концепция, что мутации возникают в организме самопроизвольно, под влиянием каких-то чисто внутренних причин.

         Первые данные о том, что мутации можно вызвать искусственно были получены в 1925 г. в СССР  Г.А.Надсоном и Г.С.Филипповым в опытах по облучению дрожжей радием, а решающие доказательства возможности экспериментального получения мутаций дали в 1927 г.  опыты Г.Меллера (1890-1967 гг.) по воздействию на дрозофилу рентгеновских лучей. Работа Меллера вызвала огромное число экспериментальных исследований, проводившихся на разных объектах и быстро показавших, что ионизирующие излучения обладают универсальным мутагенным действием. Затем было обнаружено, что ультрафиолетовые лучи тоже могут вызывать мутации и что этой способностью, хотя и в слабой степени, обладает высокая температура. Вскоре появились сведения о том, что мутации можно вызвать химическими веществами.

         Наиболее характерными чертами четвёртого этапа истории генетики (1940-1955) было развитие работ по генетике физиологических и биохимических признаков и вовлечение в круг генетического эксперимента микроорганизмов и вирусов, что повысило разрешающую способность генетического анализа. Изучение биохимических процессов, лежащих в основе формирования наследственных признаков разных  организмов, пролило свет на то, как действуют гены и, в частности, привело к важному обобщению, сделанному американскими генетиками Дж. Бидлом и Э.Тэтумом, согласно которого всякий ген определяет синтез в организме одного фермента (эта формула: «один ген – один фермент»  впоследствии: «один ген – один белок»).

         Очень большое значение имело выяснение в 1944 г. американского генетика О.Эвери с сотрудниками природы генетической трансформации у бактерий. Исключительное значение для развития молекулярной биологии и генетики имела расшифровка строения молекулы ДНК Дж.Уотсоном и Ф.Криком на основе её химических и рентгеноструктурных исследований. Предложенная ими модель двойной спирали ДНК объяснила такие фундаментальные свойства генетического материала, как способность к репликации, мутированию, кодированию наследственной информации.

         Большие успехи были достигнуты в генетических и цитологических исследованиях различных наследственных болезней человека, сложилось и окрепло новое направление медицинской генетики, ставящее основной целью профилактику наследственных дефектов человека. Получили развитие работы по генетике природных популяций, особенно интенсивно они проводились в СССР Н.П.Дубининым и С.М.Гершензоном, в США Ф.Добржанским с сотрудниками.

         В эти же годы появились первые высокопродуктивные сорта культурных растений, созданные на основе мутаций, были широко внедрены в сельскохозяйственную практику генетические методы, использования гибридной мощности, особенно у кукурузы и шелкопряда.

         Однако в конце 40-х годов в Советском Союзе получили широкое распространение взгляды Т.Д.Лысенко, нацело отрицающие законы Менделя, хромосомную теорию наследственности, учение о мутациях, а также ряд основных положений дарвинизма. Генетические исследования в СССР оказались заторможенными, прекратилась подготовка кадров, не издавалась литература по генетике. Возрождение генетики в СССР началось только в конце 1950-х годов, когда советская биология освободилась от господства неверных воззрений Лысенко.

         Для последнего современного этапа истории генетики, начавшегося приблизительно в середине 1950-х г., наиболее характерно исследование генетических явлений на молекулярном уровне благодаря внедрению в генетику новых химических, физических, математических подходов и методов, совершенных приборов и сложных реактивов.

         В результате беспрецедентно быстрого прогресса в области молекулярной биологии и молекулярной генетики, появления в последнее десятилетие принципиально новых методов манипулирования с генетическим материалом, положивших начало генетической инженерии, был полностью раскрыт генетический код (в этой расшифровке большую роль сыграли работы Крика и его сотрудников в Англии, С.Очоа и М.Ниренберга в Америке),  удалось выделить отдельные гены и установить их нуклеиновую последовательность, понять тонкое строение генов различных про – эукариотов, изучить принципы регуляции генной активности. В 1969 г. в США Г.Корана с сотрудниками синтезировали химическим путём  вне организма первый простой по своей структуре ген (один из генов дрожжей), а в начале 1970-х годов в ряде американских лабораторий, а затем в лабораториях  других стран, в том числе в СССР, иным способом – с помощью особых ферментов – были синтезированы вне организма много гораздо более крупных и сложноустроенных генов про- и эукариотов.

         Благодаря совершенствованию методов переноса генов между разными организмами и их экспрессии в новых хозяевах закладываются основы для получения новых сортов растений, пород животных, генотерапии наследственных заболеваний у человека. Современная генетика не только ставит и решает фундаментальные проблемы организации живой материи; её методы активно используют в осуществлении продовольственной, экологической, космической и иных глобальных программ человека.

Предыдущие материалы: Следующие материалы: