Основные понятия и значение генетики
КУРСОВАЯ
РАБОТА
по дисциплине:
«Концепции современного
естествознания»
На тему:
«Основные понятия и значение генетики»
Оглавление:
1. Введение
Если век 19-й по праву
вошел в историю мировой
Действительно, за неполных
100 лет после вторичного открытия
законов Г. Менделя генетика прошла
триумфальный путь от натурфилософского
понимания законов наследственн
Предмет изучения в естествознании – различные формы движения материи в природе: их материальные носители (субстрат), образующие лестницу последовательных уровней структуры организационной материи, их взаимосвязи; внутренняя структура и генезис; основные формы всякого бытия – пространство и время; закономерная связь природы как общего характера; охватывающая ряд форм движения; так специфического характера, касающаяся лишь отдельных сторон тех или иных форм движения, их субстрата и структуры. Естествознание представляет собой целый комплекс основных, смежных и прикладных наук.
Основные: Механика, физика, химия, биология.
Смежные: физикохимия, биохимия, биофизика.
Прикладные: Геохимия, география, палеонтология.
- Естественные науки направлены на познание природы.
- Технические науки направлены на преобразование природы.
- Математические науки – исследование знаковых систем (модели).
- Фундаментальные науки направлены на изучение базисных структур мира: физика, химия, астрономия, биология…
- Прикладные науки направлены на решение практических задач по результатам фундаментальных исследований.
- Теоретические прикладные направлены на изучение научно-теоретических вопросов (Физика металлов, физика полупроводников).
- Практические прикладные направлены на решение прикладных задач (Металловедение, полупроводниковая технология).
Концепции – это система взглядов на одну и ту же проблему с разных сторон. Современные концепции – это освещение наиболее перспективных направлений в естествознании.
Естественные науки – базисный фундамент экономики.
Природа, которая
служит предметом
1) определение сущности явлений природы, их законы и на этой основе предвидимые или созданный проявившиеся новые явления; и
2) раскрывается возможность
использования на практике
Генетика
– основа современной биологии.
Этот факт становится
Генетика по праву может считаться
одной из самых важных областей биологии.
На протяжении тысячелетий человек
пользовался генетическими
За последнее
время генетика обогатилась
Генетика изучает два неразрывных свойства живых организмов: наследственность и изменчивость. Термин «генетика» придумал У. Бэтсон (1906), он же определил новую науку как физиология изменчивости и наследственности.
2. Основные этапы развития генетики.
История
Судя по разнообразным археологическим данным, уже 6000 лет назад люди понимали, что некоторые физические признаки могут передаваться от одного поколения другому. В 1909 г. датский ботаник Иогансен назвал эти единицы гедам, а в 1912 г. американский генетик Морган показал, что они находятся в хромосомах. С тех пор генетика достигла больших успехов в объяснении природы наследственности и на уровне организма, и на уровне гена.
Первое представление о наследственности содержится в трудах ученых античной эпохи. Уже к V в. до н.э. сформировались две основные чисто умозрительные теории: прямая и непрямая наследственность признаков. Сторонником прямого наследования был Гиппократ. Который считал, что репродуктивный материал собирается из всех частей тела и таким образом все органы тела непосредственно влияют на признаки потомства. Точку зрения Гиппократа оспаривал Аристотель (IV в. до н.э.). Он был сторонником теории непрямого наследования признаков и считал, что репродуктивный материал вовсе не поступает из всех частей тела, а производится из питательных веществ, по своей природе предназначенных для построения разных частей тела. Теория прямого наследования просуществовала 23 века. Последней серьёзной вариацией на эту тему можно считать теорию пангенезиса Ч. Дарвина 1868 г., развитую в книге « Изменение животных и растений в домашнем состоянии».
На фоне видовой и другой специфики в явлениях наследственности для всех живых существ обнаруживаются общие законы. Их существование показывает единство органического мира. История генетики как таковой начинается с 1900 года, когда независимо друг от друга Корренс, Герман и де Фриз открыли и сформулировали законы наследования признаков, когда была переиздана работа Г. Менделя "Опыты над растительными гибридами". С того времени генетика в своем развитии прошла три хорошо очерченных этапа - эпоха Классической генетики (1900-1930), эпоха неоклассицизма (1930-1953) и эпоха синтетической генетики, которая началась в 1953 году. На первом этапе складывался язык генетики, разрабатывались методики исследования, были обоснованы фундаментальные положения, открыты основные законы. В эпоху неоклассицизма стало возможным вмешательство в механизм изменчивости, дальнейшее развитие получило изучение гена и хромосом, разрабатывается теория искусственного метагенеза, что позволило генетике из теоретической дисциплины перейти к прикладной. Новый этап в развитии генетики стал возможным благодаря расшифровке структуры "золотой" молекулы ДНК в 1953 г. Дж. Уотсоном и Ф. Криком. Генетика переходит на молекулярный уровень исследований. Стало возможным расшифровать структуру гена, определить материальные основы и механизмы наследственности и изменчивости. Генетика научилась влиять на эти процессы, направлять их в нужное русло. Появились широкие возможности соединения теории и практики.
3. Основные методы генетики
Основным методом генетики на протяжении многих лет является гибридологический метод. Гибридизацией называется процесс скрещивания с целью получения гибридов. Гибрид это организм, полученный в результате скрещивания разнородных в генетическом отношении родительских форм. Гибридизация может быть внутривидовой, когда скрещиваются особи одного вида и отдаленной, если скрещиваются особи из различных видов или родов. При исследовании наследования признаков используются методы моногибридного, дигибридного, полигибридного скрещивания, которые были разработаны еще Г. Менделем в его опытах с сортами гороха. При моногибридном скрещивании наследование проводится по одной паре альтернативных признаков, при дигибридном скрещивании - по двум парам альтернативных признаков, при полигибридном скрещивании- по 3,4 и более парам альтернативных признаков. При изучении закономерностей наследования признаков и закономерностей изменчивости широко используется метод искусственного мутагенеза, когда с помощью мутагенов вызывают изменение в генотипе и изучают результаты этого процесса. Широкое распространение в генетике нашел метод искусственного получения полипоидов , что имеет не только теоретическое, но и практическое значение. Полипоиды обладают большой урожайностью и меньше поражаются вредителями и болезнями. Широко используется в генетике биометрические методы. Ведь наследуются и изменяются не только качественные, но и количественные. Биометрические методы позволили обосновать положение фенотипа и нормы реакции. С 1953 года особое значение для генетики приобрели биохимические методы исследования. Генетика вплотную занялась изучением материальных основ наследственности и изменчивости - генов. Объектом исследования генетики стали нуклеиновые кислоты , особенно ДНК. Изучение химической структуры гена позволило ответить на главные вопросы, которые ставила перед собой генетика. Как происходит наследование признаков? В результате чего возникают изменения признаков? Доминантные и рецессивные признаки, гомозигота и гетерозигота, фенотип и генотип, аллельные признаки. Чешскому ботанику – любителю Иоганну Грегору Менделю принадлежит открытие количественных закономерностей, сопровождающих формирование гибридов.
Работы Г. Менделя не получили в свое время никого признания и оставались неизвестными вплоть до вторичного переоткрытия законов наследственности К. Корренсом, К.Гермаком и Г. Де Фризом в 1900 году. В том же году Корренсом были сформулированы три закона наследования признаков, которые позднее были названы законами Менделя в честь выдающегося ученого, заложившего основы генетики.
4. Основные понятия и задачи генетики
4.1. Задачи
Генетика, как наука решает следующие основные задачи:
1. изучает способы хранения генетической информации у разных организмов и ее материальные носители;
2. анализирует способы
передачи наследственной
3. выявляет механизмы и закономерности реализации генной информации в процессе индивидуального развития и влияние на них условий внешней среды обитания;
4. изучает закономерности
и механизмы изменчивости, и ее
роль в приспособительных
5. изыскивает способы
исправления поврежденной
Для решения этих задач используются разные методы исследования:
Метод гибридологического
анализа был разработан Г. Менделем.
Этот метод позволяет выявлять закономерности
наследования отдельных признаков
при половом размножении
Цитогенетический метод позволяет изучать кариотип клеток организма и выявлять геномные и хромосомные мутации.
Генеалогический метод предполагает изучение родословных животных и человека и позволяет устанавливать тип наследования того или иного признака, зиготность организмов и вероятность проявления признака в будущих поколениях. Этот метод широко используется в селекции и работе медико-генетических консультаций.
Близнецовый метод основан на изучении проявления у однояйцовых и двуяйцовых близнецов. Он позволяет выявить роль наследственности и внешней среды в формировании конкретных признаков.
Биохимические методы основаны на изучении активности ферментов и химического состава клеток, который определяется наследственностью. С помощью этих методов можно выявить генные мутации и гетерозиготных носителей рецессивных генов.
Популяционно-статистический
метод позволяет рассчитывать частоту
встречаемости генов и
4.2. Основные понятия генетики
При изучении закономерностей наследования обычно скрещивают особи, отличающиеся друг от друга альтернативными признаками, например желтый и зеленый цвет, гладкая и морщинистая поверхность у горошин.
Аллельные гены – гены, определяющие развитие альтернативных признаков. Они располагаются в одинаковых локусах гомологичных хромосом.
Локус – место локализации гена в хромосоме.
Альтернативный признак и соответствующий ему ген, проявляющийся у гибридов первого поколения, называется доминантным, а не проявляющийся – рецессивным, т. е.:
Доминантность – это способность подавлять одним аллелем действие другого в гетерозиготном состоянии.
Аллель – форма существования (проявления) гена.
Если в обеих гомологичных хромосомах находятся одинаковые аллельные гены, такой организм называется гомозиготным, так как он образует один тип гамет и не дает расщепление при скрещивании с себе подобным.
Если в гомологичных хромосомах локализованы разные гены одной аллельной пары, то такой организм называется гетерозиготным по данному признаку.
Генотип - совокупность всех генов организма. Генотип представляет собой взаимодействующие друг с другом и влияющие друг на друга совокупности генов. Каждый ген испытывает на себе воздействие других генов генотипа и сам оказывает на них влияние, поэтому один и тот же ген в разных генотипах может проявляться по-разному.
Несмотря на то, что уже многое известно о хромосомах и структуре ДНК, дать определение гена очень трудно, пока удалось сформулировать только три возможных определения гена:
а) ген как единица рекомбинации.
На основании
своих работ по построению
хромосомных карт дрозофилы
б) ген как единица мутирования.
В результате
изучения природы мутаций было
установлено, что изменения
в) ген как единица функции.
Поскольку
было известно, что от генов
зависят структурные,
Фенотип – совокупность
всех свойств и признаков организма.
Фенотип развивается на базе определенного
генотипа в результате взаимодействия
организма с условиями
Фен, признак или свойство
организма – это единица
Геном – совокупность численности и формы хромосом и содержащихся в них генов для данного вида.
Генофонд – это совокупность всех аллелей генов, содержащихся в популяции.
4.3. Генетическая символика
Аллельные гены принято обозначать одинаковыми буквами латинского алфавита: доминантный – заглавной буквой (А), а рецессивный – строчной (а).
Гомозигота обозначается двумя одинаковыми буквами: если доминантная гомозигота, то (АА), если рецессивная – (аа).
Гетерозигота обозначается: (Аа).
Родители: Р.
Гаметы: G.
Потомки: F1; F2.
5. Ген как основной объект науки
5.1. Цитологические основы генетики
В 70 - 80-х годах XIX в. были описаны митоз и поведение хромосом во время деления клетки, что навело на мысль, что эти структуры ответственны за передачу наследственных потенций от материнской клетки дочерним. Деление материала хромосом на две равные частицы свидетельствовало в пользу гипотезы, что именно в хромосомах сосредоточена генетическая память. Изучение хромосом у животных и растений привело к выводу, что каждый вид животных существ характеризуется строго определенным числом хромосом.
Открытый Э. ван Бенедоном (1883) факт, что число хромосом в клетках тела вдвое больше, чем в половых клетках, можно объяснить: поскольку при оплодотворении ядра половых клеток сливаются и поскольку число хромосом в соматических клетках остается константным, то постоянному удвоению числа хромосом при последовательных оплодотворения должно противостоять процесс, приводящий к сокращению их числа в гаметах ровно вдвое.
В 1900 г.
независимо друг от друга К.
Корренс в Германии, Г. де Фриз
в Голландии и Э. Чермак в
Австрии обнаружили в своих
опытах открытые ранее
Установлением
того факта, что именно
5.2. 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 назвал “элементами”. Позднее их стали называть “факторами” и, наконец, генами; было показано, что гены находятся в хромосомах, с которыми они и передаются от одного поколения к другому.
Несмотря на то, что уже многое известно о хромосомах и структуре ДНК, дать определение гена очень трудно, пока удалось сформулировать только три возможных определения гена:
а) ген как единица рекомбинации.
На основании своих работ по построению хромосомных карт дрозофилы Морган постулировал, что ген - это наименьший участок хромосомы, 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 изменения
в) ген как единица функции.
Поскольку
было известно, что от генов
зависят структурные,
5.3. Изменчивость
Изменчивостью называют всю совокупность различий по тому или иному признаку между организмами, принадлежащими к одной и той же природной популяции или виду. Поразительное морфологическое разнообразие особей в пределах любого вида привлекло внимание Дарвина и Уоллеса во время их путешествий. Закономерный, предсказуемый характер передачи таких различий по наследству послужил основой для исследований Менделя. Дарвин установил, что определенные признаки могут развиваться в результате отбора, тогда как Мендель объяснил механизм, обеспечивающий передачу из поколения в поколение признаков, по которым ведется отбор.
Мендель описал, каким образом наследственные факторы определяют генотип организма, который в процессе развития проявляется в структурных, физиологических и биохимических особенностях фенотипа. Если фенотипическое проявление любого признака обусловлено, в конечном счете генами, контролирующими этот признак, то на степень развития определенных признаков может оказывать влияние среда.
Изучение фенотипических различий в любой большой популяции показывает, что существуют две формы изменчивости - дискретная и непрерывная. Для изучения изменчивости какого-либо признака, например роста у человека, необходимо измерить этот признак у большого числа индивидуумов в изучаемой популяции. Результаты измерений представляют в виде гистограммы, отражающей распределение частот различных вариантов этого признака в популяции.
5.4. Влияние среды
Главный фактор, детерминирующий любой фенотипический признак, - это генотип. Генотип организма определяется в момент оплодотворения, но степень последующей экспрессии этого генетического потенциала в значительной мере зависит от внешних факторов, воздействующих на организм во время его развития. Так, например, использованный Менделем сорт гороха с длинным стеблем обычно достигал высоты 180 см. Однако для этого ему необходимы были соответствующие условия - освещение, снабжение водой и хорошая почва. При отсутствии оптимальных условий (при наличии лимитирующих факторов) ген высокого стебля не мог в полной мере проявить свое действие. Эффект взаимодействия генотипа и факторов среды продемонстрировал датский генетик Иогансен. В ряде экспериментов на карликовой фасоли он выбирал из каждого поколения самоопылявшихся растений самые тяжелые и самые легкие семена и высаживал их для получения следующего поколения. Повторяя эти эксперименты на протяжении нескольких лет, он обнаружил, что в пределах «тяжелой» или «легкой» селекционной линии семена мало различались по среднему весу, тогда как средний вес семян из разных линий сильно различался. Это позволяет считать, что на фенотипическое проявление признака оказывают влияние как наследственность, так и среда. На основании этих результатов можно определить непрерывную фенотипическую изменчивость как «кумулятивный эффект варьирующих факторов среды, воздействующих на вариабельный генотип». Кроме того, эти результаты показывают, что степень наследуемости данного признака определяется в первую очередь генотипом. Что касается развития таких чисто человеческих качеств, как индивидуальность, темперамент и интеллект, то, судя по имеющимся данным, они зависят как от наследственных, так и от факторов среды, которые, взаимодействуя в различной степени у разных индивидуумов, влияют на окончательное выражение признака. Именно эти различия в тех и других факторах создают фенотипические различия между индивидуумами. Мы пока еще не располагаем данными, которые твердо указывали бы на то, что влияние каких-то из этих факторов всегда преобладает, однако среда никогда не может вывести фенотип за пределы, детерминированные генотипом.
5.5. Источники изменчивости и роль генов в развитии
Необходимо ясно представлять себе, что взаимодействие между дискретной и непрерывной изменчивостью и средой делает возможным существование двух организмов с идентичным фенотипом. Механизм репликации ДНК при митозе столь близок к совершенству, что возможности генетической изменчивости у организмов с бесполым размножением очень малы. Поэтому любая видимая изменчивость у таких организмов почти наверное обусловлена воздействиями внешней среды. Что же касается организмов, размножающихся половым путем, то у них есть широкие возможности для возникновения генетических различий. Практически неограниченными источниками генетической изменчивости служат два процесса, происходящие во время мейоза:
1. Реципрокный обмен генами между хромата - дамп гомологичных хромосом, который может происходить в профазе 1 мейоза. Он создает новые группы сцепления, т.е. служит важным источником генетической рекомбинации аллелей.
2. Ориентация пар гомологичных
хромосом (бивалентов) в экваториальной
плоскости веретена в метафазе
Третий источник изменчивости при половом размножении - это то, что слияние мужских и женских гамет, приводящее к объединению двух гаплоидных наборов хромосом в диплоидном ядре зиготы, происходит совершенно случайным образом (во всяком случае, в теории); любая мужская гамета потенциально способна слиться с любой женской гаметой.
Эти три источника генетической изменчивости и обеспечивают постоянную «перетасовку» генов, лежащую в основе происходящих все время генетических изменений. Среда оказывает воздействие на весь ряд получающихся таким образом фенотипов, и те из них, которые лучше всего приспособлены к данной среде, преуспевают. Это ведет к изменениям частот аллелей и генотипов в популяции. Однако эти источники изменчивости не порождают крупных изменений в генотипе, которые необходимы, согласно эволюционной теории, для возникновения новых видов. Такие изменения возникают в результате мутаций.
Роль генов в развитии организма огромна. Гены характеризуют все признаки будущего организма, такие, как цвет глаз и кожи, размеры, вес и многое другое. Гены являются носителями наследственной информации, на основе которой развивается организм.

- Основные понятия и история возникновения молодежных субкультур
- Основные понятия и категории управления качеством
- Основные понятия и категории управления качеством
- Основные понятия и категории управления рисками инновационной деятельности
- Основные понятия и категории этики делового общения
- Основные понятия и категории этносоциологии: этнос, нация, национализм, этноцентризм
- Основные понятия и классификация системы национальных счетов
- Основные понятия и аспекты семьи
- Основные понятия и виды амортизации и износа
- Основные понятия и виды операционных систем
- Основные понятия и диалектика управления
- Основные понятия и задачи бюджетной политики в Российской Федерации
- Основные понятия и задачи инновационного менеджмента
- Основные понятия и задачи учета затрат труда и его оплаты