22. НАСЛЕДСТВЕННОСТЬ И ИЗМЕНЧИВОСТЬ

Общие свойства живых организмов. Закономерности наследования признаков

• Что такое ген, хромосома?
• В чём суть открытий Г. Менделя и Т. Моргана?

Закономерности наследственности изучает наука генетика. Создателем современной генетики является австрийский биолог и ботаник, монах Грегор Мендель (1822-1884). Будучи садоводом-любителем, он проводил в своём монастыре опыты по скрещиванию растений гороха (рис. 84), отличающихся друг от друга одним и более внешними признаками. В 1865 г. Г. Мендель опубликовал работу «Опыты над растительными гибридами», которая и стала началом новой науки о наследственности.

Наследственность — это способность всех живых организмов передавать свои признаки и свойства из поколения в поколение. Информация о них заложена в генетическом материале, т. е. в хромосомах и генах. Потомки, как правило, похожи на своих родителей, но двух абсолютно одинаковых организмов найти невозможно. Это объясняется тем, что в генетическом материале, получаемом потомками от родителей, обязательно происходят случайные и неслучайные изменения, которые приводят к появлению в организме потомков новых признаков и свойств, хотя эти изменения могут быть и очень незначительными. Таким образом, изменчивость — это свойство живых организмов приобретать различия между особями одного вида. Например, у людей могут быть серые, голубые, карие глаза. Существует также несколько групп крови, а также множество других признаков, которые могут изменяться в довольно широких пределах.

Опыты Г. Менделя. Г. Мендель скрещивал между собой растения гороха (рис. 85), которые при самоопылении отличались из поколения в поколение только цветом семян: у одних растений горошины всегда были жёлтыми, а у других — всегда зелёными. Оказалось, что потомки от такой пары родителей всегда будут иметь жёлтые семена. Но если два потомка из первого гибридного поколения скрестить между собой, то во втором гибридном поколении снова появятся зелёные горошины и их число будет составлять 1/4 от общего числа семян, а 3/4 горошин будут жёлтыми, т. е. по признаку цвета семян во втором поколении происходит расщепление 3 (жёлтых) :1 (зелёное). По результатам этих опытов Г. Мендель сделал несколько очень важных выводов.

• Каждый признак в организме кодируется двумя наследственными «элементами» (через много лет их назвали генами). В случае опытов Менделя цвет семян определяется двумя генами: один определяет жёлтую окраску, другой — зелёную.
• Если особь получит (как было в I поколении) два разных гена, то один из них, в данном случае — отвечающий за жёлтый цвет семян, подавляет другой и все семена будут жёлтыми. Проявляющийся ген позднее назвали доминантным (жёлтый цвет семян), а подавляемый (зелёный цвет семян) — рецессивным. Если же, как в гибридах II поколения, растение получит два гена зелёной окраски семян, а это случается в 25% случаев, то семена будут зелёными, т. е. произойдёт расщепление по цвету семян 3:1.
• В гаметы попадает только один ген каждого признака (рис. 86), не смотря на то, что в клетках тела их по два (как видим, Мендель первым понял суть мейоза, хотя и не мог это объяснить).

Продолжая свои опыты, Мендель на примере двух разных признаков (цвет семян гороха и форма семян гороха) установил, что различные признаки наследуются независимо друг от друга и для них справедливы те правила, которые соблюдаются при скрещивании растений, различающихся одним признаком. Однако признаки не всегда можно разделить на доминантные и рецессивные, и тогда возникают промежуточные варианты признака. Например, у фиалок растение с двумя доминантными (АА) генами имеет пурпурные цветки, растение с двумя рецессивными (аа) генами — белые, а растение Аа — розовые цветки.

Работа Т. Моргана. Тот факт, что гены находятся в хромосомах, установил американский генетик Томас Морган (1866—1945). Он работал с мушкой-дрозофилой, у которой в клетках тела (соматических) содержится по восемь хромосом, а в половых клетках — гаметах (вспомни мейоз!) — только по четыре. Именно ему удалось доказать, что каждая хромосома — это группа генов, расположенных линейно, один за другим. Гены, находящиеся в одной хромосоме, наследуются все вместе, попадая в одну гамету, т. е. наследуются сцеплено. Было также установлено, что каждый ген имеет в определённой хромосоме строго определённое место — локус. Однако во время профазы первого деления мейоза хромосомы, относящиеся к одной паре (их называют гомологичными), могут контактировать между собой и в этот момент обмениваться генами. Это явление — перекрёст — важный источник генетической изменчивости.

Подавляющее большинство живых существ представлено особями двух полов — женского и мужского. При размножении соотношение полов составляет 1:1. Морган и его сотрудники показали, что у всех видов самцы и самки различаются по набору хромосом. У мужских и женских организмов все хромосомы, кроме одной пары, одинаковы, их называют аутосомами. Но одна пара хромосом у самцов и самок различается. Эти хромосомы получили название половых: у самок дрозофилы, к примеру, в каждой клетке три пары аутосом (у человека — 22) и одна пара одинаковых половых, так называемых Х-хромосом, а у самцов те же три пары аутосом (у человека — 22) и две разные половые хромосомы: X- и Y-хромосомы (рис. 87).

У женских особей млекопитающих (у человека, в частности) при образовании гамет будут образовываться яйцеклетки только с Х-хромосомой, а у мужских особей в равном количестве образуются два вида сперматозоидов — половина с Х-, а другая половина с Y-хромосомой. При оплодотворении с одинаковой вероятностью с яйцеклеткой может слиться как сперматозоид с Х-хромосомой, так и сперматозоид с Y-хромосомой. В первом случае из зиготы разовьётся организм женского пола (XX), а во втором — организм мужского пола (ХУ).

Запомнить: наследственность; изменчивость; локус; аутосомы; половые хромосомы.          *

Выводы

Наследственность — свойство всех живых организмов. Законы наследственности изучает генетика. Законы наследственности установлены Г. Менделем. Хромосомную теорию и принцип наследования пола разработал Т. Морган.

ДУМАЙ, ДЕЛАЙ ВЫВОДЫ, ДЕЙСТВУЙ

Проверь свои знания

1. Кто первым открыл закономерности наследования признаков?
2. Какие закономерности наследования были открыты Г. Менделем?
3. Что такое доминирование?
4. Что удалось установить Т. Моргану?
5. Какие хромосомы называют аутосомами?
6. Что такое локус?

Выполни задания

1. Выпишите из учебника основные закономерности наследования, выявленные Г. Менделем.
2. Подготовьте презентацию на тему «Грегор Мендель — основоположник генетики».

Обсуди с товарищами

1. Почему, по вашему мнению, Г. Мендель работал именно с растением гороха? Каким методом он при этом пользовался?
2. Решите задачу: У кроликов серый цвет шерсти доминирует над белым. Какое потомство можно ожидать при скрещивании серого и белого кроликов? При скрещивании белых кроликов?
3. Используя результаты опытов, полученные Т. Морганом, составьте определения понятий «хромосома» и «ген».

Выскажи мнение

Когда происходит генетическое определение пола у человека?

ДЛЯ ЛЮБОЗНАТЕЛЬНЫХ

• На самом деле только 2—5 % ДНК кодируют белки. Остальные участки хромосом содержат информацию о том, в какой последовательности должны включаться и выключаться гены. Например, гены, контролирующие развитие тела мушки-дрозофилы, расположено в хромосомах, в том же порядке, что и определяющие ими части тела: сначала гены, управляющие процессом дифференцировки головы, затем гены грудного отдела, а уж потом — гены, контролирующие развитие задней части тела мухи. Включаются эти гены строго по очереди: каждый в клетке того отдела тела, за развитие которого он отвечает. Если этот порядок нарушить, то получаются ненормальные особи. Например, мухи с глазами на крыльях или мухи с конечностями на голове. У человека такие мутанты не выживают.
• Грегор Иоганн Мендель (1822—1884) — австрийский биолог и ботаник, монах, аббат (рис. 88). Разработал методы генетических исследований. Открыл основные закономерности наследственности. 1900 год, когда были подтверждены открытые им законы, считается годом рождения генетики.
• Томас Хант Морган (1866—1945) — американский учёный, генетик (рис. 89). Лауреат Нобелевской премии 1933 г. «За открытия, связанные с ролью хромосом в наследственности». Изучал вопросы определения пола у животных, обосновал представление о материальных носителях наследственности.