Место случайности в механизме наследственности

Лист  замечаний

Содержание 

Введение………………………………………………………………………….......3

1.1. Наследственность  и изменчивость…………………………………………….5

1.2. Мутация………………………………………………………………………….9

Заключение………………………………………………………………………….13

Библиографический список………………………………………………………..14

Введение

     Наследственность  есть категория историческая. Ее ключевая роль в определении непрерывности  жизни заключается в том, что  она обеспечивает физическую связь  между поколениями клеток или  организма в виде передачи генетической информации от родителей к их потомству. Но организмы живут в условиях определенной среды. Поэтому непрерывная  передача генетической информации от родителей к потомству обеспечивает единство организмов и среды.

     В дискуссиях о наследовании пролито  немало чернил - и не только чернил. В мире, конечно, есть случайности. Случайным часто называют событие, которое может не повториться даже при точном воспроизведении всех сопровождавших его обстоятельств. Случайность не играет существенной роли в эволюции генов. Генотип направленно изменяется в ряду клеточных поколений при жизни многоклеточного организма (онтогенез) и его потомства (филогенез). Эта гипотеза противоречит основным постулатам СТЭ (постоянство генотипа в онтогенезе: случайный характер исходного изменения генотипа; постоянство генофонда равновесной популяции; отбор фенотипов как единственный фактор направленного изменения генофонда).

     Генотип, рассматриваемый как популяция генов, эволюционирует в направлении повышения приспособленности к внутриклеточной среде путем дифференциального размножения генов. Различные воздействия на организм, вызывающие те или иные изменения в его функционировании, могут повлиять на внутриклеточную среду, на функционирование и размножение генов (транскрипцию и репликацию) и соответственно на направленность эволюции генотипа. Адаптивную эволюцию генотипа можно рассматривать как антиэнтропийпый процесс, противостоящий спонтанному мутированию.

     Сторонники случайности указали на простую возможность: ДНК может оказаться разрезанной сразу в нескольких местах и сшивающие ферменты могут сшить ее не там, где она была разрезана, – вот и ошибка, вот и мутация! Среди эволюционистов даже прошел слух, что генетикой доказана случайность новых форм генов. Многие стали указывать, что таких мутаций явно недостаточно для объяснения эволюции – сама по себе замена немногих нуклеотидов обычно ничего нового не дает, а может только испортить старое (в редких случаях, когда она что-то дает, оказывается, что попросту вернулось старое).  
 
 

МЕСТО СЛУЧАЙНОСТИ  В МЕХАНИЗМЕ НАСЛЕДСТВЕННОСТИ 

1. Наследственность  и изменчивость

     Основы  современной генетики были заложены Г. Менделем (1822 - 1884) - монахом-августинцем, жившем в австрийском городе Брюнне. В 1865 г. он начал производить опыты с различными сортами гороха, чтобы выяснить, какие индивидуальные признаки организма передаются по наследству.

     Доминирование одного признака над другим - это  обычное дело, но не универсальное  явление. В некоторых случаях  встречается неполное доминирование. Бывают такие случаи, когда в потомстве  проявляются признаки обоих родителей. Такая ситуация называется кодоминированием.

     В 1866 г. Г. Мендель открыл законы дискретной наследственности, выражающие распределение  в потомстве наследственных факторов, названных генами. Для объяснения результатов своих экспериментов  Мендель предложил гипотезу: альтернативные признаки определяются факторами - генами, которые передаются по наследству. Каждый фактор может находится в  одной из альтернативных форм, ответственных  за то или иное проявление признака.

     Эксперименты  Менделя определили наследование альтернативных проявлений одного и того же признака. Мендель сформулировал следующие законы:

1. Закон  единообразия гибридов первого  поколения;

2. Закон  независимого расщепления гибридов  второго поколения, согласно которому  гены, определяющие различные признаки, наследуются независимо друг  от друга (этот закон справедлив  только в отношении генов, находящихся  в разных хромосомах).

     Признаки, наследуемые от одного родителя, передаются совместно. Признаки передаются потомству независимо один от другого. В основе передачи наследственных признаков всего живого (растений, животных и человека) лежат законы наследования. Они позволили сформулировать хромосомную теорию наследственности, согласно которой преемственность свойств в ряду поколений определяется преемственностью их хромосом, находящихся в ядре клеток и заключающих в себе всю генетическую информацию.

     Наследственность - свойство организма сохранять и  передавать потомству характерные  признаки, особенности строения, функционирования и индивидуального развития. Наследственность является предметом изучения генетики.

     О природе наследственности на протяжении всей истории человечества высказывались  самые разнообразные предположения. В 1909 г. В. Иогансон (1857-1927) ввел важное разграничение между фенотипом и генотипом. Фенотип - совокупность всех внешних, наблюдаемых нами признаков организма: морфологических, физиологических, биохимических, гистологических, анатомических, поведенческих и т.п. Генотипом называется передающаяся по наследству генетическая основа всех этих признаков. Генотип - совокупность всех генов одного организма. Это система взаимодействующих генов. На протяжении всей жизни может меняться, однако, генотип остается неизменным.

     В 1902 г. два исследователя - У.С. Саттон в США и Т. Боверн в Германии - независимо друг от друга высказали предположение, что гены находятся в хромосомах (хромосомная теория наследственности). Две хромосомы, образующие одну пару, называются гомологическими, принадлежащие к разным парам - негомогенными хромосомами.

     Хромосомы ядерного вещества представляют собой  гигантские полимерные молекулы, состоящей  из нитей нуклеиновых кислот и  небольшого количества белка. Каждая пара хромосом имеет определенный набор  генов, контролирующих появление того или иного признака. Гены являются носителями наследственности. Их существование, расположение в хромосомах определяются посредством изучения распределения  признаков в потомстве от скрещивания  особей с альтернативными проявлениями этих признаков.

     Изучение  явлений наследственности на клеточном  уровне позволило установить взаимосвязь  между менделевскими законами наследования и распределением хромосом в процессе клеточного деления и созревания половых клеток.

     В 40-х - начале 50-х годов была выяснена химическая природа гена. Гены представляют собой молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) - высокополимерного природного соединения, содержащегося в ядрах  клеток живых организмов. ДНК - носитель генетической информации. Расшифровка  структуры ДНК и механизма ее самоудвоения позволила установить, что все разнообразие живого мира кодируется на нитях ДНК, посредством чего записывается информация о последовательности аминокислот в белке.

     Наследственность  и изменчивость основываются на преемственности  и видоизменении сложных внутриклеточных  структур. Новые свойства организма появляются только благодаря изменчивости.

     Изменчивость - это изменение наследственных задатков, вариабельность их проявления в процессе развития организма при взаимодействии с внешней средой. Но изменчивость играет роль в эволюции, когда проявление изменчивости сохраняется в последующих  поколениях, то есть, наследуется.

     Клетки, через которые осуществляется преемственность  поколений - специализированные половые  при половом размножении и  неспециализированные (соматические) клетки тела при бесполом, несут в себе не сами признаки и свойства будущих организмов, а только задатки их развития. Эти задатки являются генами. Ген - это участок молекулы ДНК, определяющий возможность развития отдельного элементарного признака. Молекула ДНК состоит из двух полинуклеотидных цепей, закрученных одна вокруг другой в спираль. Цепи построены из большого числа мономеров 4 типов - нуклеотидов, специфичность которых определяется одним из 4 азотистых оснований. Сочетание трех рядом стоящих нуклеотидов в цепи ДНК составляют генетический код. ДНК точно воспроизводится при делении клеток, что обеспечивает в ряду поколений клеток и организмов передачу наследственных признаков и специфических форм обмена веществ.

     Ген представляет собой группу рядом  лежащих нуклеотидов, которыми закодирован  один белок, определяющих один признак. Число генов очень велико. Один и тот же ген может оказывать  влияние на развитие ряда признаков, так же, как и на формирование одного признака могут оказывать  влияние несколько генов. Каждому виду растений и животных свойствен свой количественный набор хромосом. У всех организмов одного и того же вида каждый ген расположен в одном и том же месте строго определенной хромосомы.

     Генетическая  информация закодирована в последовательности азотистых оснований, содержащихся в молекуле ДНК. Азотистые основания можно рассматривать в качестве «букв» генетического алфавита. Последовательность оснований образует «слова». Гены - это, своего рода, «предложения», записанные на генетическом языке.

     Генетическое  содержание организма представляет собой как бы «книгу», составленную из генетических предложений. За воспроизведение  в поколениях растений, животных и  человека наследственных свойств, ответственны 3 эволюционно закрепленных универсальных  процесса: размножение обычных (соматических) клеток - митоз - простое деление, перед которым количество хромосом в клетке удваивается путем самовоспроизведения; размножение половых клеток - мейоз, оплодотворение.

     Гены  управляют развитием и обменом  веществ организма. Наследственная передача признаков от родителей  потомству - консервативный процесс, но эта консервативность не является абсолютной, так как иначе была бы невозможна эволюция.

     Каждый  новорожденный несет в себе комплекс генов не только своих родителей, но и отдаленных предков, то есть, свой, только ему присущий богатейший наследственный фонд или наследственно предопределенную биологическую программу, благодаря  которой возникают его индивидуальные качества. Эта программа закономерно и гармонично претворяется в жизнь, если в основе биологических процессов лежат качественные наследственные факторы, внешняя среда обеспечивает растущий организм всем необходимым для реализации наследственного начала.

     Приобретенные в жизни навыки и свойства не передаются по наследству, однако каждый родившийся ребенок обладает громадным арсеналом  задатков, развитие которых зависит от: условий воспитания и обучения, социальной структуры общества, забот и усилий родителей, желаний самого ребенка. Внешней средой для ребенка являются условия, которые создадут его родители или окружающие его люди, различные климатические, геофизические и другие факторы, воздействие которых может изменить характер наследственной информации. И она может реализоваться частично или полностью.

     Комплекс  наследственных признаков организма - это генотип, а комплекс признаков, сформировавшихся во время взаимодействия генотипа и факторов внешней среды - фенотип. В генетике существует ненаследственная изменчивость. Ненаследственная изменчивость связана с изменением фенотипа, наследственная - генотипа. Генотипическая изменчивость затрагивает генотип и подразделяется на несколько групп: мутационную  и комбинативную. [5, c. 242]

2. Мутации

     Мутация – это повреждение или разрыв каких-либо участков ДНК, в результате которого выведятся из строя целые  участки хромосом; они подобны  опечаткам в книге. Мутации могут  быть вызваны разными факторами: излучениями, химическим воздействием, вирусами. [4, с.106]

     Мутацией  называется изменение структуры  или количества ДНК данного организма. Мутации приводят к изменениям генотипа. Если мутации затрагивают половые  клетки, то они передаются следующим  поколениям, а если мутации возникают  в соматических клетках, то они не передаются. Генные мутации затрагивают  структуру самого гена: изменяются различные по длине участки ДНК. Большинство мутаций, с которыми связана эволюция органического мира и селекция - это генные мутации.

     В особую группу можно выделить ряд  процессов, приводящих к возникновению  комбинативной изменчивости: случайное  расхождение хромосом, случайное  сочетание хромосом при оплодотворении, рекомбинацию генов. Сами наследственные гены не изменяются, но новые их сочетания  между собой приводят к появлению  организмов с новым фенотипом. [3, c.218]

     Главнейшая  особенность природных популяций, как показали эксперименты, — это  генетическая гетерогенность (разнородность). Она поддерживается за счет мутаций  и процесса рекомбинаций. Генетическая гетерогенность позволяет популяции  использовать для приспособления не только вновь возникающие наследственные изменения, но и те, которые возникли очень давно и существуют в  популяции в скрытом виде.

     Любые мутации имеют неопределенный, случайный  характер по отношению к вызывающим их изменениям внешней среды. Наибольшие шансы на выживание имеют мутации  малого масштаба, не нарушающие существенно  интеграции целостного организма и  не производящие значительных изменений  в фенотипе. Крупные мутации почти  всегда имеют летальный исход. В  результате сколько-нибудь существенные эволюционные преобразования организмов не могут быть достигнуты посредством  одной мутации, а достигаются  серией малых мутаций. Таким образом, нелетальные и не снижающие значительно  жизнедеятельность организма мутации  входят в состав генофонда. Мутации  позволяют выживать виду при значительных изменениях окружающей среды, когда  необходима перестройка нормы реакции. Мутации — это элементарный мутационный  материал.

     Если  численность какой-нибудь популяции  резко идет на убыль, а затем следует  новый подъем численности, то при  этом некоторые ранее присутствовавшие в малых концентрациях мутации  могут совершенно исчезнуть из популяции, а концентрация других может существенно  повыситься. Это явление называется дрейф генов.

     Темп  возникновения мутаций у различных  организмов различен. Темп мутаций  у бактерий и других микроорганизмов  обычно ниже, чем у многоклеточных. Новые мутации, хотя и довольно редко, но постоянно появляются в природе, так как существует множество  особей каждого вида.

     Воздействие извне радиоактивными, ультрафиолетовыми  лучами, а также химическими веществами может значительно изменить «запись» наследственной информации. Происходит нарушение генетического кода и  вместо нормального развития живого организма, предначертанного природой, наступает отступление от нормы  — мутация. Количество мутаций среди  животных чрезвычайно велико в связи  с радиационно-химическим заражением окружающей среды. Необычайно велика волна  появления животных-чудовищ после  аварии на Чернобыльской АЭС.

     Сегодня наука разгадала причины появления  мутантов, но повлиять на управление этим процессом, чтобы предотвратить  его, не в силах. Более того, современная  наука, техника, производство создают  все новые условия для ускорения  процесса мутации. И если не остановить рост радиационно-химического загрязнения  среды, последующее влияние его  на будущее скажется на многих поколениях. [1, с. 41]

     На Земле один и тот же ген не возникал дважды, как не было написано дважды любое литературное произведение, тот же "Гамлет".

     Сейчас  уже прочитаны тысячи последовательностей белков и кодирующих их генов и становится ясным, что гены - не что иное, как случайные последовательности из четырех нуклеотидов, которые чередуются в разных комбинациях. Лишь в незначительной части эти последовательности "отредактированы" естественным отбором для лучшего исполнения своих функций. Такая корректировка не скрывает явных следов случайного, стохастического возникновения последовательности исходной. Но мог ли ген, скажем, гемоглобина или цитохрома С возникнуть случайно?

     Вообще-то эта проблема отнюдь не нова. Философы еще в древности задавались вопросом: возможно ли возникновение достаточно сложной структуры в результате случайных, стохастических процессов? И все давали отрицательный ответ.

     Теперь  эту проблему называют "парадоксом миллиона обезьян": за сколько лет  миллион обезьян, посаженных за пишущие  машинки, напечатают полное собрание сочинений  Шекспира или хотя бы одного "Гамлета"? "Обезьяний парадокс" переходит  из одного философского трактата в  другой: может ли миллион людей, никогда  о Шекспире не слыхавших, написать "Гамлета"? Отсюда недалеко до вопроса: а мог  ли "Гамлета" написать сам Шекспир, если даже миллиону людей это не под силу? [2, с.125] 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Заключение

     С одной стороны случай, случайность  в наследовании имеет место быть, так как мы не можем предугадать, что произойдет с нашими клетками, как они себя поведут в тех или иных обстоятельствах. А с другой стороны, случайности нет, потому что почти все в нашем XXI веке изучено, по поводу всего сделаны научные выводы и объяснения. Биохимики осуществили дарвиновскую эволюцию на молекулярном уровне, доказав, что популяции макромолекул можно заставить развиваться в желаемую сторону, проводя циклы селекции и мутации. Случайные мутации на генетическом уровне и наследование наиболее удачных с точки зрения приспособления к окружающей среде мутации, есть, так как их носители выживают и оставляют потомство. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Библиографический список 

1. Анисимов А. П. Концепции современного естествознания. Биология: - Владивосток, 2000 г. – 103 с.

2. Аруцев А. А., Ермолаев Б. В., Кутателадзе И. О., Слуцкий М. С. Концепции современного естествознания: - 207 с.

3 Горбачев В. В. Концепции современного естествознания: - М.: ООО «Издательский дом «ОНИКС 21 век»: ООО «Издательство «Мир и Образование», 2003. — 592 с: ил.

4. . Тимощук А. С. Концепции современного естествознания: - Владимир: ООО ATLAS, 2006. – 113 с.

5. Хорошавина С. Г. X 82      Концепции современного естествознания: курс лекций / Изд. 4-е. — Ростов н/Д: Феникс, 2005. — 480 с. — (Высшее образование).