Первые шаги генетики

Первые попытки разрешить проблемы наследственности относятся к середине и отчасти к началу XIX в. Эти вопросы ставились в работах Ч. Дарвина и других натуралистов. В середине XIX в. Дарвин, разрабатывая теорию естественного отбора, уделял большое внимание вопросам изменчивости и наследственности и использовал опыт животноводов и растениеводов, разрешая проблему происхождения животных и растений. К этому же времени относится и ряд других работ, посвященных изучению наследственности.

Уже тогда начали появляться сведения, что оба родителя в равной мере принимают участие в передаче наследственных особенностей детям, что при скрещивании различных форм в первом поколении получается однородное потомство, а в дальнейших поколениях происходит расщепление отдельных признаков. Но законы наследования еще не были открыты.

В конце XIX в. многие ученые-биологи обратили внимание на хромосомы, помещающиеся в ядре клетки (см. ст. «Клетка» и рис. 1). Казалось поразительным, что каждому виду животных или растений свойственно определенное число хромосом, что в процессе деления клетки хромосомы удваиваются и каждая дочерняя клетка получает опять полное число хромосом. Ученые пришли к заключению, что с хромосомами связана передача потомству наследственных признаков. Современная наука подтвердила их выводы.

Первые эксперименты, доказавшие существование индивидуальных наследственных факторов — генов, были проведены и опубликованы еще в 1865 г. выдающимся чешским ученым Грегором Иоганном Менделем (см. ст. «Грегор Иоганн Мендель»). Но широкому кругу ученых эти опыты стали известны только в начале XX в., после того как многие биологи повторили их на самых различных животных и растениях. Приведем для примера результат опыта, проведенного немецким ученым К. Корренсом с садовым растением ночная красавица (рис. 2). Он скрестил растение с красным цветом венчика цветка и растение, имеющее белый венчик. В первом поколении, полученном от этого скрещивания, все растения имели розовые цветки. Эти растения, в свою очередь, были скрещены между собой. Во втором поколении наблюдалась неожиданная на первый взгляд картина: здесь были растения с красными, розовыми и белыми цветками. Причем четвертая часть растений имела красные цветки, две четвертых — розовые и одна четвертая — белые.

Рис. 1. Хромосомные наборы различных организмов: 1 — жабы; 2 — ящерицы; 3 — лютика; 4 — рачка паралитодез камчатика; 5 — человека; 6 — одного из прямокрылых насекомых; 7 — растения из семейства сложноцветных.

Однако следует заметить, что в опытах с другими растениями получались не совсем такие результаты: в первом поколении наблюдались не промежуточные по данному признаку особи, а полностью похожие на одного из родителей. Так, как это еще показал Мендель, при скрещивании гороха с желтыми и зелеными семенами в первом поколении получались растения только с желтыми семенами, а во втором поколении было три четверти желтых семян и одна четверть зеленых. В этом случае можно сказать, что желтая окраска семян полностью преобладает (доминирует) над зеленой (рецессивной, т. е. уступающей) окраской. Закономерный характер расщепления признаков в потомстве (3:1, 1:2:1 и др.) впервые был открыт Менделем.

Приняв за основу хромосомную теорию наследственности,-т. е. учение о том, что наследственные признаки определяются хромосомами, можно без труда объяснить этот закон. На рисунке 2 показано, что красная окраска венчика зависит от парных хромосом одного растения (окрашены для наглядности в красный цвет), а белая — от такой же пары хромосом другого растения (на схеме они белого цвета). При образовании половых клеток (гамет) число хромосом уменьшается вдвое и каждая зрелая половая клетка получает от каждой пары одну хромосому.

Рис. 2. Наследование окраски венчиков у растения ночная красавица и схема распределения хромосом при наследовании окраски венчиков (объяснение в тексте).

После оплодотворения набор хромосом снова становится парным. На этой же схеме с хромосомами показано, что особи первого поколения (розовые) образуют два типа гамет: одни — с хромосомой, несущей ген красного цвета, другие — с геном белого цвета. Далее при скрещивании между собой особей первого поколения возможны в равной степени различные сочетания этих гамет. В итоге получается, что во втором поколении на одну красную особь приходится две розовые и одна белая. Произошло расщепление признаков.

При постановке подобных опытов необходимо во втором поколении получать возможно большее потомство, так как половые клетки, образуемые особями первого поколения, различны (красные и белые), и чем больше произойдет оплодотворений между этими клетками, тем более близкое совпадение будет между теоретически рассчитанным (ожидаемым) и действительно полученным в эксперименте соотношением признаков у потомков.

Мы разобрали пример скрещивания у растений, отличающихся одной парой признаков (красный и белый цвет венчика). Но ученые проводили опыты с растениями и животными, в которых скрещиваемые организмы отличались двумя парами или большим числом признаков. Эти опыты показали, что каждая пара признаков (красный — белый, высокий — низкий) наследуется независимо одна от другой. Впоследствии, как мы увидим ниже, обнаружилось, что такой результат получается лишь в том случае, если различные пары признаков зависят от генов, расположенных в разных парах хромосом.

перейти к началу страницы