Естествознание

План

1. Теория Г.Менделя о механизме наследственности.

2.А.Гурвич: клеточная теория биологического поля.

3.Гипотеза А.П.Дуброва о биогравитационном характере поля клетки.

1

Введение

Во второй половине 20 в. были выяснены вещественный состав, струк-тура клетки и процессы, происходящие в ней. «Клетка – это своего рода атом в биологии. Точно так же, как разные химические соединения сложены из ато-мов, так и живые организмы состоят из огромных скоплений клеток.Из работ физиков мы знаем, что все атомы очень похожи друг на друга: в центре каждо-го атома находится массивное, положительно заряженное ядро, а вокруг него вращается облако электронов – это как бы солнечная система в миниатюре ! Клетки, подобно атомам, также очень сходны друг с другом. Каждая клетка содержит в середине плотное образование, называемое ядром, которое плавает в «полужидкой» цитоплазме. Все вместе заключено в клеточную мембрану»

( Дж.Кендрью. Нить жизни. )

Основное вещество клетки – белки, молекулы которых обычно содержат несколько сот аминокисслот и похожи на бусы или браслеты с брелоками , состоящими из главной и боковой цепей. У всех живых видов имеются свои особые белки, определяемые генетическим аппаратом. Собственно , клетка и нужна для аппарата производства, который находится в ее ядре. Без клетки генетический аппарат не мог бы существовать .

Генетика по праву может считаться одной из самых важных областей биологии. На протяжении тысячелетий человек пользовался генетическими методами для улучшения домашних животных и возделываемых растений, не имея представления о механизмах, лежащих в основе этих методов. Судя по разнообразным археологическим данным, уже 6000 лет назад люди понимали, что некоторые физические признаки могут передаваться от одного поколения другому. Отбирая определенные организмы из природных популяций и скре-щивая их между собой, человек создавал улучшенные сорта растений и породы животных, обладавшие нужными ему свойствами.

2

Однако лишь в начале XX в. ученые стали осознавать в полной мере важность законов наследственности и ее механизмов. Хотя успехи микроско

пии позволили установить, что наследственные признаки передаются из поколения в поколение через сперматозоиды и яйцеклетки, оставалось неяс-ным, каким образом мельчайшие частицы протоплазмы могут нести в себе «за-датки» того огромного множества признаков, из которых слагается каждый от-дельный организм.

Первый действительно научный шаг вперед в изучении наследственно-сти был сделан австрийским монахом Грегором Менделем, который в 1866 г. опубликовал статью, заложившую основы современной генетики. Мендель по-казал, что наследственные задатки не смешиваются, а передаются от родителей потомкам в виде дискретных (обособленных) единиц. Эти единицы, представ-ленные у особей парами, остаются дискретными и передаются последующим поколениям в мужских и женских гаметах, каждая из которых содержит по од-ной единице из каждой пары. В 1909 г. датский ботаник Иогансен назвал эти единицы гедам», а в 1912 г. американский генетик Морган показал, что они на-ходятся в хромосомах. С тех пор генетика достигла больших успехов в объяс-нении природы наследственности и на уровне организма, и на уровне гена.

Природа генов

Изучение наследственности уже давно было связано с преставлением о ее корпускулярной природе. В 1866 г. Мендель высказал предположение, что признаки организмов определяются наследуемыми единицами, которые он на-звал “элементами”. Позднее их стали называть “факторами” и, наконец, гена-ми; было показано, что гены находятся в хромосомах, с которыми они и пере-даются от одного поколения к другому.

3

Несмотря на то, что уже многое известно о хромосомах и структуре ДНК, дать определение гена очень трудно, пока удалось сформулировать толь-ко три возможных определения гена:

а) ген как единица рекомбинации.

На основании своих работ по построению хромосомных карт дро

зофилы Морган постулировал, что ген - это наименьший участок хро-мосомы, который может быть отделен от примыкающих к нему участков в результате кроссинговера. Согласно этому определению, ген представляет собой крупную единицу, специфическую область хромосомы, определяющую тот или иной признак организма;

б) ген как единица мутирования.

В результате изучения природы мутаций было установлено, что изме-нения признаков возникают вследствие случайных спонтанных изменений в структуре хромосомы, в последовательности оснований или даже в одном ос-новании. В этом смысле можно было сказать, что ген - это одна пара компли-ментарных оснований в нуклеотидной последовательности ДНК, т.е. наи-меньший участок хромосомы, способный претерпеть мутацию.

в) ген как единица функции.

Поскольку было известно, что от генов зависят структурные, физиоло-гические и биохимические признаки организмов, было предложено определять ген как наименьший участок хромосомы, обусловливающий синтез опре-деленного продукта.

Исследования Менделя

Успехи, достигнутые Менделем, частично обусловлены удачным выбо-ром объекта для экспериментов-гороха огородного (Рisum sativum). Мендель удостоверился, что по сравнению с другими этот вид обладает следую

4

щими преимуществами:

1) имеется много сортов, четко различающихся по ряду признаков;

2) растения легко выращивать;

3) репродуктивные органы полностью прикрыты лепестками, так что растение обычно самоопыляется; поэтому его сорта размножаются в чистоте, т.е. их признаки из поколения в поколение остаются неизменными;

4) возможно искусственное скрещивание сортов, и оно дает вполне пло-довитых гибридов. Из 34 сортов гороха Мендель отобрал 22 сорта, обла

дающие четко выраженными различиями по ряду признаков, и использо-вал их в своих опытах со скрещиванием. Менделя интересовали семь главных признаков: высота стебля, форма семян, окраска семян, форма и окраска пло-дов, расположение и окраска цветков.

И до Менделя многие ученые проводили подобные эксперименты на рас-тениях, но ни один из них не получил таких точных и подробных данных; кро-ме того, они не смогли объяснить свои результаты с точки зрения механизма наследственности. Моменты, обеспечившие Менделю успех, следует признать необходимыми условиями проведения всякого научного исследования и при-нять их в качестве образца. Условия эти можно сформулировать следующим образом:

1) проведение предварительных исследований для ознакомления с экспе-риментальным объектом;

2) тщательное планирование всех экспериментов, с тем чтобы всякий раз внимание было сосредоточено на одной переменной, что упрощает наблюдения;

3) строжайшее соблюдение всех методик, с тем чтобы исключить воз-можность введения переменных, искажающих результаты (подробности см. ниже);

4) точная регистрация всех экспериментов и запись всех получен

5

ных результатов;

5) получение достаточного количества данных, чтобы их можно было считать статистически достоверными.

Как писал Мендель, «достоверность и полезность всякого эксперимента определяются пригодностью данного материала для тех целей, в которых он используется».

Следует, однако, отметить, что в выборе экспериментального объекта Менделю кое в чем и просто повезло: в наследовании отобранных им признаков не было ряда более сложных особенностей, открытых позднее, та

ких как неполное доминирование, зависимость более чем от одной пары генов, сцепление генов.

Наследование при моногибридном скрещивании и закон расщепления

Для своих первых экспериментов Мендель выбирал растения двух сор-тов, четко различавшихся по какому-либо признаку, например по расположе-нию цветков: цветки могут быть распределены по всему стеблю (пазушные) или находиться на конце стебля (верхушечные). Растения, различающиеся по одной паре альтернативных признаков, Мендель выращивал на протяжении ряда поколений. Семена от пазушных цветков всегда давали растения с пазушными цветками, а семена от верхушечных цветков- растения с верхушечными цветками. Таким образом, Мендель убедился, что выбранные им растения раз-множаются в чистоте (т.е. без расщепления потомства) и пригодны для прове-дения опытов по гибридизации (экспериментальных скрещиваний).

Его метод состоял в следующем: он удалял у ряда растений одного сорта пыльники до того, как могло произойти самоопыление (эти растения Мендель называл «женскими»); пользуясь кисточкой, он наносил на рыльца этих «жен-ских» цветков пыльцу из пыльников растения другого сорта; за

6

тем он надевал на искусственно опыленные цветки маленькие колпачки, чтобы на их рыльца не могла попасть пыльца с других растений. Мендель проводил реципрокные скрещивания - переносил пыльцевые зерна как с пазуш-ных цветков на верхушечные, так и с верхушечных на пазушные. Во всех случаях из семян, собранных от полученных гибридов, вырастали растения с па-зушными цветками. Этот признак-«пазушные цветки»,-наблюдаемый у растений первого гибридного поколения, Мендель назвал доминантным; позд-нее, в 1902 г., Бэтсон и Сондерс