Генетический код, наследственность, эволюция

Природа вещества наследственности у разных групп организмов не совсем идентична. Различия в размерах, строении и композитных свойствах «вещества наследственности» у про и эукариот весьма существенны. Размер любого вируса меньше размера любой хромосомы, а кроме того, вирусы проще устроены, нежели хромосомы. «Прокариотическую структуру, несущую гены, иногда неправильно называют бактериальной хромосомой, следует называть генофором» [1]. У вирусов и прокариот нет ядра, окруженного мембраной, нет цикла конденсации вещества наследственности, нет механизма веретена деления, нет митоза, генофор прокариот содержит только ДНК и почти не содержит белков и т. д. По этой причине на вирусы и прокариоты не распространяется концепция Вейсмана о хроматине как «веществе наследственности», а на эукариотические клетки — представление, что «вещество наследственности» — это молекулы ДНК.

Наследственность и репродукция Процессы реализации наследственности — многоэтапные, охватывают различные структурные и информационные уровни. Например, феномен наследственности на уровне индивида реализуется через системы его репродукции на трех уровнях организации: на уровне молекул ДНК и внутриклеточных структур (хромосом, хлоропластов, митохондрий) — через механизмы их самоудвоения; на клеточном уровне — через механизмы кариокинеза (митоза) и цитокинеза; на уровне индивидов — при их воспроизводстве в популяции (зиготическом или апозиготическом). Например, растениям свойственны три типа репродукции: саморепродукция, дробление, воспроизводство. Самоудвоение присуще молекулярному и субклеточному уровням, дробление — клеточному, а семенное воспроизводство реализуется на уровне каждого мультивидуума (самооплодотворение, перекрестное оплодотворение между цветками внутри или между растениями, партеногенез). В ядрах клеток и в цитоплазматических органеллах самоудваиваются молекулы ДНК, хроматиды (хромосомы), хлоропласты и митохондрии. По завершении процессов самоудвоения происходит дробление: клетка делится на две дочерние. Деление клеток включает два самоуправляемых процесса: кариокинез (митоз) и цитокинез.

В итоге обе дочерние клетки получают идентичные наборы хромосом и внутриклеточных органелл (клеточная наследственная память). Расхождение хромосом в дочерние ядра осуществляется с помощью динамической структуры — веретена деления, построенного из множества микротрубочек. Наряду с митозом, как известно, существует еще один тип деления ядра — мейоз (однократное удвоение хромосом сопровождается двумя делениями ядра), связанный у растений с образованием спор и гамет [7].

Третий тип наследуемой репродукции — семенное воспроизводство — осуществляется при смене фаз жизненного цикла растений: сформированные на спорофитах микро и мегагаметофиты воспроизводят новое семенное поколение путем апогамии или сингамии. Если первые два способа репродукции (самоудвоение и дробление) направлены на сохранение генетической идентичности биологических структур клеток, то третий способ — воспроизводство семян — амбивалентен. Возможны как прямое копирование потомками материнской наследственности (некоторые формы агамоспермии), так и вариабельность наследственного материала у потомков (в гаметах, зиготах и апозиготах) за счет рекомбинационных процессов в мейозе и оплодотворения. У животных в отличие от растений на индивидуальном уровне реализуются лишь два типа репродукции (саморепродукция и дробление), а воспроизводство реализуется на популяционном уровне [6].

Индивидуум и мультивидуум. Наследственность присуща всем субъектам живой природы, но представления о наследственности и изменчивости сформировались из наблюдений за репродукцией животных и растений. Системы наследственности у растений и животных считаются почти идентичными, хотя между этими двумя группами живых существ, с одной стороны, много общего, а с другой — они существенно разнятся. Для обозначения различий в системах наследственности животных и растений введем два понятия: индивидуум и мультивидуум. Особью или индивидуумом называют неделимую единицу жизни. «Самый существенный признак особи — строгая взаимозависимость отдельных частей: разделить особь на части без потери „индивидуальности“ невозможно. Понятие „особь“ применимо лишь к высшим неколониальным организмам. Для колониальных, вегетативно размножающихся и симбиотических организмов понятие „особь“ относительно» [1].

Принимая во внимание многоклеточное строение индивидов, определим понятие «особь» как самовоспроизводящуюся многоклеточную систему, состоящую из двух автономных, но взаимообусловленных клеточных подмножеств, представленных соматическими и генеративными клетками (схема 1) [7]. Из определения следует, что понятия «особь» и «индивидуум» синонимичны.

Схема 1. Схематическое изображение особей (индивидуумов).

Серые и черные сектора генеративные клетки (особи); неокрашенные соматические (клетки).

Например, высшее животное невозможно расчленить на части с условием, чтобы эти части сохраняли всю совокупность признаков, необходимых для воспроизводства потомков, т. е. к животным можно применить термины «особь» и «индивидуум». Кроме того, понятие «индивидуум» можно отнести также к отдельным клеткам, из которых состоят особи. Клетку, как и особь, нельзя делить на части без потери целостности.

Структурно более сложными (громоздкими), чем животные, являются растения (растительные организмы), состоящие из множества субиндивидуумов (фитомеров). &# 171;Организм это любая биологическая или биокосная целостная система, состоящая из взаимозависимых и соподчиненных элементов, взаимоотношения которых и особенности строения детерминированы их функционированием как целого. В этом смысле в понятие «организм» входят не только особи (индивиды), но и колонии, семьи (у общественных животных), популяции, биогеоценозы и т. д.&#.

187; [1]. Все высшие растения это организмы, состоящие из множества фитомеров. Растения, как правило, легко расчленить на части (фитомеры), а каждый фитомер можно рассматривать как отдельный субиндивидуум, по своим свойствам аналогичный особи. С теоретической точки зрения в отличие от животных индивидуумов растения составлены из множества субиндивидуумов и для них подходит термин «мультивидуум». Мультивидуум — это биосистема, состоящая из множества субиндивидуумов (повторяющихся единиц), каждый из которых реализует собственную программу индивидуального развития (схема 2) и имеет собственный зародышевый путь клеток. Мультивидуумы реализуют не один, а множество зародышевых путей, а потому их можно делить на части: «черенкование», «клонирование», «вегетативное размножение» растений [2].

Схема 2. Схематическое изображение мультивидуумов (строение цветоносных побегов).

Серые и черные сектора генеративные клетки (особи); неокрашенные — соматические клетки; овалы клетки образовательной ткани.

Рассматривая феномен наследственности у животных и растений, выделим два уровня структурнофункциональной и кодовой сложности: а) индивидуальная сложность, связанная со структурным и функциональным разнообразием множества элементов, из которых составлен индивид (неделимое целое); б) мультивидуальная сложность, связанная с числом однотипных субиндивидуумов (делимое целое), из которых состоят растения. С точки зрения теории наследственности, принципиальное отличие растений (мультивидуумов) от животных (индивидуумов) состоит в том, что у последних формируется один зародышевый путь клеток, а у растений их множество. Говоря другими словами, у животных дифференциация клеток зародышевого пути осуществляется однократно, в самом начале эмбриогенеза, тогда как у высших растений этот процесс реализуется многократно и в течение всей жизни растения [1].

Генетика. С появлением генетики понятие «наследственность» постепенно стало уходить на периферию языкового сознания и в настоящее время понятия «наследственность» и «генетика» многими людьми воспринимаются как синонимы, ибо понятие «генетика» определено через понятие «наследственность». В учебных пособиях и справочных руководствах генетика определяется как «наука о наследственности и изменчивости живых организмов и методах управления ими. В ее основу легли закономерности наследственности, обнаруженные Г. Менделем при скрещивании различных сортов гороха (1865), а также мутационная теория Х. Де Фриза (1901−1903). Рождение генетики принято относить к 1900 г., когда Х.

Де Фриз, К. Корренс и Э. Чермак вторично открыли законы Г. Менделя.

Термин «генетика» предложил в 1906 г. У. Бэтсон" [1].

В соответствии с менделевской парадигмой наследственность не является свойством, присущим отдельным клеткам или индивидууму в целом, а есть свойство отдельных факторов клетки. Менделизм расширил фронт исследований и породил необъятное поле для экспериментов по наследованию признаков у множества растений и животных. Вместо архетипических свойств растений и животных объектов в гибридологических экспериментах стали использовать различные признаки и свойства индивидуумов и мультивидуумов. Рождение менделизма повлекло за собой частичную утрату идиографического способа описания наследственности и расширение номотетической парадигмы. Утрата идиографизма сочеталась с заменой парадигмы слитного наследования признаков, составляющего основу архетипического стиля мышления в биологии, на парадигму дискретного их наследования.

Замене понятия «наследственность» на понятие «генетика» сопутствовали и другие мировоззренческие коллизии. Прежде всего, было редуцировано само понятие «наследственность»: если прежде под наследственностью понимали интегральное свойство, присущее целостной системе (растение, животное), то генетика стала исследовать множество дискретных факторов, локализованных в хромосомах. Изменилось и восприятие феномена наследственности: вместо представления о воспроизводстве в дочернем поколении архетипов родителей менделевская генетика концентрирует внимание на множестве дискретных (независимых) признаков и множестве единиц наследственности (факторов), локализованных в хромосомах и контролирующих формирование этих признаков (хромосомная теория наследственности). Постижение природы наследственности у животных и растений стали связывать только с поиском ядерных факторов (генов), в той или иной степени влияющих на формирование отдельных признаков. Наследственная система видов теперь представлялась совокупностью свободно комбинируемых единиц наследственности (генов), и ее метафорически уподобили «мешку с независимыми распределяющимися горошинами».

Менделевская теория наследственности существенно укрепила свои позиции после выявления структурнофункциональной связи между абстрактными генами и реальными хромосомами. Выяснилось, что гены, ответственные за сегрегацию отдельных признаков у животных и растений, в определенном порядке локализованы в хромосомах. Это привело к построению генетических карт с фиксацией линейного порядка расположения генов в хромосомах. Генетические карты, по мнению исследователей, отражали объем и глубину постижения феномена наследственности у конкретных видов растений или животных.

Заключение

На современном этапе развития теоретической биологии фактически реализуется синтез эволюционных взглядов Ламарка, Дарвина и современных эволюционистов, придерживавшихся концепции синтетическая теория эволюции.

Эпигенетическая теория эволюции, не отрицая сущностные представления о генетических механизмах наследования, допускает возможность наследования идиоадаптаций и морфозов: наследуются не только отдельные гены, но и модифицированные реакции онтогенеза на различные формы стрессов, меняющие сценарный тип развития особи (изменения эпигенетических креодов). Благодаря концепции эпигенетической теории эволюции начался процесс переосмысления сценариев эволюционных преобразований, развиваемых в последние два столетия и получивших в современной биологии мощный креативный импульс. Новый эволюционный синтез, формируемый в рамках современной теоретической биологии, включает как генетические, так и эпигенетические формы генетического кода, наследственности и изменчивости.

Список литературы

Просандеева Н. Естествознание в прошлом и настоящем. Факты, идеи, теории. Учебное пособие. — М.: Канон+РООИ «Реабилитация», 2014. — 256 с.

Генетика ;

https://ru.wikibooks.org/wiki.

Рузавин Г. Концепции современного естествознания. Серия: Высшее образование. — М.: Инфра-М, 2012. — 272 с.

Генетический код ;

http://kineziolog.bodhy.ru/content/geneticheskii-kod.

Соколов А. Мифы об эволюции человека. — М.: Альпина нон-фикшн, 2015. — 392 с.

Стрельник О. Естествознание. Учебное пособие. Серия: Профессиональное образование. — М.: Юрайт, 2015. — 224 с.

Генетика человека ;

http://cureplant.ru/medicinskaya-enciklopedia/452-genetika-cheloveka.