Пионеры генетики

Генетика - это наука, изучающая закономерности и материальные основы наследственности и изменчивости организмов, а также механизмы эволюции живого. Выяснение многих вопросов, особенно открытие материальных носителей наследственности и механизма изменчивости организмов, стало достоянием науки последних десятилетий. Основные признаки передачи наследственных признаков были установлены на растительных и животных организмах. Они оказались приложимы и к человеку.

Одним из пионеров в области скрещивания организмов различных сортов и видов был английский селекционер Томас Эндрю Найт, который в начале XIXв. пришел к концепции об элементарных наследственных признаках, через 100 лет получивших название генов.

После Найта нужно отметить французских исследователей Огюстена Сажре и Шарля Нодена. Важнейшим открытием Сажре было установление явления доминантности. Ноден предпринял количественные исследования распределения наследственных признаков при скрещивании. Но он, как и Сажре, экспериментировал с растениями, мало подходящими для такого рода анализа. Работа этих и других исследователей подготовила почву для выяснения законов генетики. Однако, чтобы получить ясные результаты, требовалось правильно сформулировать вопрос и точно поставить эксперимент.

Это сделал чешский исследователь-любитель Грегор Иоганн Мендель в опытах, проведенных в период 1856-1863 гг. Прежде всего он исключительно удачно выбрал объект для исследования - обычный горох и сосредоточил внимание на минимальном количестве признаков. Мендель показал, что признаки наследуются согласно строгим математическим закономерностям, свидетельствующим о раздельной независимой сущности каждого признака. Работы были опубликованы в 1886 г. и сразу же вызвали интерес в научном мире.

Своими исследованиями Мендель определил развитие науки на десятилетия. В 60-е годы XIXв о наследственности и наследовании признаков создавались самые невероятные теории. Ученые лишь шаг за шагом приближались к истине, хотя и с другого направления. В 1875 г. Оскар Гертвиг описал процесс оплодотворения и соединения двух клеток. Обобщив исследования, касающиеся деления клеток, Август Вейсман назвал носителями наследственных свойств ядра клеток. Изучение хромосом привело к предположениям о том, как могут распределяться наследственные факторы между двумя клетками. Эти в клеточном ядре были открыты Фридрихом Антоном Шнейдером в 1873 г. Вскоре выяснилось, что у каждого определенного вида растений и животных число хромосом одинаково. В 1883 г. Эдуард Ван Бенеден заметил, что в половых клетках их в два раза меньше. При их соединении получается двойной набор хромосом, характерный для взрослых индивидуумов. Так, в начале нашего века эмбриология и цитология заложили надежную основу для исследования материальных носителей наследственности. Оставалось только . Это сделали Карл Эрих Корренс, Хуго Де Фриз и Эрих Чермак, работавшие соответственно в Германии, Нидерландах и Австрии.

В 1900 г. эти трое ученых опубликовали независимо друг от друга результаты исследований по скрещиванию растений. Чемрак обнаружил забытую работу Менделя, и она была вновь напечатана в 1901 г. Вскоре после этого два цитолога, Уолтер Сеттен и Теодор Бовери, показали, что законы Менделя очень хорошо объясняют распределение хромосом при делении клеток. Так медленно набирала темпы хромосомная теория наследственности.

В первое десятилетие нашего века развитие генетики происходило довольно бурно. При исследовании наследственности умело пользовались математической статистикой, но мало интересовались биологической стороной вопроса, искали средние показатели количественных признаков и отклонения от них. Позже стало понятно, что эти признаки определяются большим числом генов и их анализ крайне затруднителен. Однако в 1908 г. Уильям Бетсон и его сотрудники Р. Пеннет, исследуя парные признаки, установили, что их распределение не согласуется с законами Менделя. Молодая наука генетика попала в кризисную ситуацию. Эти противоречия, в сущности, стали началом нового открытия. И его сделал Томас Морган, профессор экспериментальной зоологии Колумбийского университета в Нью-Йорке. Он сумел объединить данные статистики и результаты исследования процессов, происходящих в клетках. В 1908 г. Морган начал генетическое изучение плодовой мушки Drosophila melanogaster. Это маленькое насекомое идеально подходит для генетических исследований: у мушки 4 хромосомы, она начинает размножаться через 2 недели после появления на свет, и ее легко изучать в течение жизни, продолжительность которой 3 месяца. Морган и его коллеги по Колумбийскому университету пришли к убеждению, что хромосомы действительно напрямую связаны с наследственностью. Результаты некоторых проведенных Морганом экспериментов по разведению плодовой мушки, казалось, противоречили менделевскому закону независимого наследования. Группа, руководимая Морганом, установила, что некоторые признаки, очевидно связаны между собой. Иными словами, их сочетание встречается у потомков чаще, чем предполагают статистические законы Менделя. Так, например, белоглазость - мутантный признак - почти всегда встречалась только у самцов. Морган назвал это явление сцеплением с полом. Тенденция к сцеплению подсказала Моргану, что гены, по-видимому, располагаются в тесной близости друг к другу на одной и той же хромосоме. Были обнаружены четыре такие сцепленные группы генов у плодовой мушки, которые соответствовали четырем ее парам хромосом. В начале 1912 г. к группе исследователей, работавших вместе с Морганом, в , присоединились два студента Колумбийского университета - Альфред Х. Стертеван и Кальвин Б.Бриджис. Спустя два года их примеру последовал студент-выпускник Герман Дж. Меллер. К своему удивлению, Морган и его сотрудники отмечали, что гены, расположенные на одной и той же хромосоме, наследовались вместе реже, чем этого можно было ожидать. В большинстве клеток организма имелось по две хромосомы каждого типа, и Морган подозревал, что хромосомы в паре могут расщепляться и рекомбинировать, тем самым позволяя производить обмен генами. Эта мысль подтверждалась полученными под микроскопом данными переплетающихся хромосом, которые, по мнению впервые наблюдавшего их в 1909 г. бельгийского ученого Ф. А. Янсена, могли обмениваться между собой своими участками. Чем больше расстояние между двумя генами в одной хромосоме, рассуждал Морган, тем больше вероятность разрыва. Если это так, то гены не будут наследоваться вместе. И наоборот, гены, расположенные в хромосоме близко друг от друга, имеют меньше шансов быть разделенными. Уже в 1911 г. Стертеван осознал, что степенью сцепления двух генов в хромосоме может служить величина линейного расстояния между ними. Представление о том, что гены локализуются в хромосоме в специфической линейной последовательности и, далее, что основу сцепления составляет близость двух генов на хромосоме, можно отнести к числу основных достижений генетической теории. Замечательное открытие Моргана дало мощный толчок развитию генетики. Молодая наука обогатилась первыми теоретическими обоснованиями и получила признание в мире ученых. Морган получил Нобелевскую премию по физиологии и медицине в 1933 г. . С развитием концепции гена стало ясно, что в основе мутации лежат какие-то химические изменения в веществе - носителе наследственной информации. Этот вопрос был подробно изучен Германом Дж. Меллером, который со студенческих лет начал работать в группе Моргана. Он выяснил, что большинство мутаций вредны и смертельны. Что скорость мутации не зависит от окружающих факторов и мутации происходят с постоянной скоростью, независимо от необходимости в них. В 1926 г. Меллер обнаружил, что рентгеновские лучи увеличивают скорость мутации в сотни и тысячи раз по сравнению с нормой. Эти эксперименты положили начало радиобиологии. Открытие, согласно которому наследственность и эволюция могут преднамеренно изменяться в лабораторных условиях, вызвало сенсацию. Меллер внезапно стал известным и почитаемым. В 1934 г. он принял приглашение Н. И. Вавилова, директора Института растениеводства Академии наук СССР, приехать в Ленинград в качестве ведущего генетика для проведения исследований мутаций генов. В 1946 г. Меллеру была присуждена Нобелевская премия по физиологии и медицине . Хромосомная теория наследственности явилась высшим достижением генетики. Хромосомные карты и возможность создания искусственных мутаций с помощью радиации или химических мутагенов оказалась мощным оружием в руках селекционеров. Благодаря ему чисто интуитивный искуственный отбор, осуществляемый в течение тысячелетий, превратился в точную науку, и это позволило неимоверно ускорить создание новых сортов. В 50-60-е годы были получены новые высокоурожайные культуры; результат их внедрения оказался столь впечатляющим, что в мире заговорили о . К числу ученых, внесших большой вклад в ее осуществление, относится американский ученый-селекционер Норман Эрнест Борлоуг. Во время второй мировой войны в Мексике Борлоуг и его помощники создали высокопродуктивные закаленные сорта пшеницы, подходящие к местным условиям. К 1948 г. сбор урожая в Мексике достиг такой цифры, что страна полностью отказалась от импорта. В 1954 г. Борлоуг и его коллеги скрестили мексиканскую пшеницу с карликовым сортом из Японии. Полученный сорт оказался в два раза продуктивнее исходного мексиканского и в девять раз первоначального сорта мексиканской пшеницы. В середине 60-х годов Борлоугом было положено начало программам так называемой . Политика придала им экономический и психологический импульс. Под впечатлением мексиканских работ ученые на Филлипинах вывели полукарликовый сорт риса, который положил начало в Юго-Восточной Азии. Программы Борлоуга принесли выгоду шести латино - американским странам, восьми ближневосточным и двум азиатским. Нобелевская премия мира 1970г. была присуждена Борлоугу за его вклад в решение продовольственной проблемы, и особенно за осуществление . Так же его заслуги отмечены многими правительственными и научными обществами во всем мире.