Глава 1/Глава 2/Глава 3/Глава 4
Глава 3. Подтверждение основополагающих принципов эволюционной теории Ч.Дарвина на основе хромосомно-генной теории наследственности
Попытки понять природу передачи признаков по наследству от родителей к детям предпринимались еще в древности. Об этом можно встретить в размышлениях Гиппократа, Аристотеля и других мыслителей древности. Этой же теме посвящена и теория Ч. Дарвина, согласно которой в каждой клетке любого организма образуются в большом количестве особые частицы – геммулы, которые обладают способностью распространяться по организму и собираться в клетках, служащих для полового и вегетативного размножения. Данная гипотеза не нашла своего дальнейшего экспериментального подтверждения.
Открытие законов хромосомной генетической наследственности принадлежит чешскому ботанику любителю – Иоганну Грегору Менделю. В своих работах, выполненных им в период с 1856 по 1863 годы, он сумел раскрыть основные законы наследственности, начав с опытов по скрещиванию сортов гороха, различающихся между собой по одному признаку. Проведя эти эксперименты, Мендель вплотную подошел к проблеме между наследственными задатками (генами) и определяемыми ими признаками организма. В 70-90 гг. 19 века было обнаружено деление хромосом на две равные части во время деления клетки, что привело к дальнейшему рассмотрению гипотезы, что именно в хромосомах сосредоточена, генетическая, (наследственная) память. Проведенные в 1909 году опыты Томасом Хайтом Морганом (1866-1945гг.) позволили ему обосновать хромосомную теорию наследственности, установить закономерности расположения генов в хромосомах, что способствовало выяснению действия механизмов законов Менделя и разработке генетических основ теории естественного отбора. В 1933 году за разработанную теорию хромосомно-генетической наследственности Т.Х. Морган стал лауреатом Нобелевской премии.
Раздел 3.1 Краткое изложение положений хромосомно-генной теории наследственности
Каждый живой организм состоит, в своей основе, из клетки – элементарной единицы живого. Каждая отдельная клетка ограниченна от других или от внешней среды специальной мембраной. В ядре клетки сосредоточена основная часть химической информации, контролирующей наследственные признаки. Человеческий организм состоит из более триллиона клеток (десять в 14 степени). Во всех клетках 70-80% ее массы составляет вода, в которой растворены разнообразные соли и органические соединения, белки и нуклеиновые кислоты. Именно нуклеиновые кислоты являются носителями наследственной информации.
Во всех клетках, кроме половых, содержится 46 хромосом. Хромосома – структурный элемент ядра клетки, содержащий ДНК – дезоксирибонуклеиновую кислоту, в которой заключена наследственная информация организма. В хромосоме, в линейном порядке расположены гены. Ген – элементарная единица наследственности, представляющая отрезок молекулы ДНК. Каждый ген определяет строение одного из белков живой клетки и тем самым участвует в формировании признаков или свойств будущего организма.
При клеточном делении хромосомы закономерно распределяются по дочерним (самоудваивающимся) клеткам, обеспечивая передачу наследственных свойств организма от поколения к поколению. 46 хромосом, содержащихся в каждой отдельной клетке, объединяются в 23 пары. Одна хромосома (Х) – унаследована от матери из яйцеклетки, вторая хромосома (У) – унаследована от отца из сперматозоида. В процессе оплодотворения сперматозоид и яйцеклетка сливаются в единую клетку – зиготу, содержащую 46 хромосом. Когда клетка делится, ее хромосомы удваиваются. Этот процесс повторяется миллионы раз, не приводя к изменению хромосомного набора. Половые клетки – гаметы образуются другим способом. В процессе деления парные хромосомы (материнские и отцовские) расходятся, распределяясь между новыми клетками. Гаметы, образовавшиеся в процессе деления, содержат по 23 хромосомы каждая.
В состав хромосом входят тысячи генов, каждый из которых несет информацию об определенном признаке. Эта информация закодирована в структуре особого химического вещества дезоксирибонуклеиновой кислоты или ДНК. Единичный ген можно представить как участок молекулы ДНК, кодирующий специфический белок. Именно белки определяют физические характеристики будущего организма – массу тела, его сложение, цвет волос, глаз, кожи и т.д.; а также его химические особенности (например, группу крови). Кроме того, на генном уровне передаются по наследству некоторые аспекты поведения и умственного развития будущего человека. Также существует более 150 заболеваний, передающихся по наследству, их наличие у будущего человека также обусловлено конкретными генами.
Сама молекула ДНК имеет структуру двойной спирали. Такие характеристики как длина конкретной последовательности нуклеотидов, количество ее повторов, ее точное расположение в цепочке ДНК, являются уникальными для каждого человека, кроме однояйцевых близнецов.
Нуклеотиды – соединения, в состав которых входит сахар, фосфатная группа и азотосодержащее основание (пурин или пирамидон). С их помощью генетическая информация передается от клетки к клетке. Они являются основой для построения ДНК.
Это свойство уникальности ДНК позволяет использовать ее в качестве определения степени родства, установления факта отцовства, поскольку ДНК ребенка и отца содержат ряд общих последовательностей. ДНК выделяют из образцов крови, слюны, спермы и волосяных фолликулов. Вероятность совпадения ДНК – один случай на 30 миллионов.
Генетика — это область биологии, изучающая закономерности наследственности и изменчивости живых организмов. Она исследует материальные носители наследственности, причины и закономерности их изменчивости, способы реализации наследственной информации на молекулярном, клеточном и организменном уровнях в онтогенезе, динамику частот генов в популяциях и изменения наследственных структур в процессе эволюции.
Таким образом, основными задачами генетики является изучение проблем хранения, передачи, реализации и изменчивости наследственной информации. Хромосомный набор человека, как это было уже показано выше, содержит 46 хромосом. Все они объединяются в 23 пары, составляющие набор ХУ или ХХ. Особи мужского пола обладают набором ХУ – хромосом, женщины – набором ХХ – хромосом. 22 пары хромосом являются общими как для женщин, так и для мужчин. 23 –я пара хромосом отличается от общих 22 – х пар хромосом и является половыми хромосомами. Двоичный набор хромосом в 23 – ей паре определяет пол будущего ребенка (ХУ – мужской пол, ХХ - женский). 
Полный набор хромосом (22 общие пары + 23-я отдельная пара) – называются геномом человека
Геном у всех животных, в том числе и человека, делится на две части. Большая (значительная) часть генома называется основным или ядерным, а очень малая часть генома называется – митохондральной. Первая часть – большой геном собирается из двух половинок, полученных от матери и отца, малый геном мы получаем только от матери.
Схожесть организмов одного вида (между родителями и их потомками) определяется наследственностью, а их отличия – изменчивостью.
Наследственность – присущее всем организмам свойство повторять в ряду поколений одинаковые признаки и особенности развития. Это свойство обусловлено передачей, в процессе размножения от одного поколения к другому, материальных структур клетки, содержащих программы развития из них новых особей.
Изменчивость – возникновение различий между организмами, между родителями и их детьми.
Мутация – внезапное изменение генетической информации, происходящее под влиянием внешней или внутренней среды. Это стойкое скачкообразное изменение в наследственном аппарате клетки, далее передающее по наследству.
Процесс формирования плода происходит после оплодотворения мужской сперматозоидной и женской яйцеклетки. После этого происходит передача плоду наследственных функций родителей и определение и формирование пола будущего ребенка. Во внутриутробном развитии ребенка различаются два периода: - период эмбрионального развития – составляет до 8 недель беременности включительно. В этот период времени зародыш называется эмбрионом и приобретает характерные для человека черты лица;
- второй период получил название фетальный – его продолжительность с 9-ой недели и до самых родов.
В этот период зародыш человека называется плодом.
Раздел 3.2. Результаты исследований генов Homo Sapiens – человека разумного и шимпанзе
Приведенная выше информация доказывает, что этапы эволюции человека и его выделение из мира приматов достаточно хорошо изучены и имеют вескую доказательную базу. Теоретические основы эволюции человека заложены в работе Ч. Дарвина «Происхождение человека и половой отбор», а реальное подтверждение правильности этой теории оказалось в руках антропологов, которые и определили последовательность процесса эволюционного развития человека по найденным костным останкам всех особей, участвующих в этом процессе. Полученные данные в ходе эволюционного процесса возникновения человека позволили сделать ученым окончательный вывод – современный человек произошел от общего с человекообразными узконосыми обезьянами общего предка.
Для того, чтобы определить к какому типу ныне существующих узконосых человекообразных обезьян более всего относится человек, ученые применили методы молекулярной генетики.
Сравнения нуклеотидных последовательностей ДНК позволяют устанавливать степень родства различных видов живых существ, точно также и в случае установления отцовства. Анализ показал, что большая часть – ядерные геномы человека и шимпанзе отличаются всего на 1,2%, то есть сходство между ними составляет 98,8%.
Маленькая часть геномов человека и шимпанзе (митохондриальный геном) накапливают мутации в 5-10 раз быстрее, чем ядерные. Поэтому митохондриальные гены человека и шимпанзе различаются на 9% - схожесть 91%. Из 60-и аминокислот, кодируемых 180 нуклеотидами ДНК, у человека и шимпанзе различаются только две. В большинстве случаев – 44 случаев из 58, для кодирования одной и той же аминокислоты в геномах человека и шимпанзе используется один и тот же триплет (тройка нуклеотидов).
Сравнения геномов человека с геномами других человекообразных обезьян показывают, что ближе всех после шимпанзе к человеку ближе горилла, а остальные еще более дальние «родственники» чем шимпанзе.
У специалистов по молекулярной генетике кровное родство, причем в прямом смысле, между человеком и шимпанзе не вызывает никаких сомнений.
Генетический анализ показал, что предки человека и шимпанзе разошлись 6-7 миллионов лет тому назад. Оценка учеными кровных связей между человеком и шимпанзе проводилась и по другим побочным наследственным признакам. Это и оценки по следам древних вирусных заболеваний ДНК (эндогенные ретровирусы), оценки по неработающим (молчащим) генам, которые возникают в результате мутаций, выводящих нормально работающие гены из строя (псевдогены). Эти побочные оценки также показали эволюционную связь человека и шимпанзе. Специалисты по молекулярной генетике имеют на руках результаты и других, более углубленных экспертиз и все они показали максимальное генетическое родство человека именно с шимпанзе, а не с другими видами узконосых человекообразных обезьян.
Таким образом, ученые, использовав современные достижения науки, смогли достоверно доказать правильность эволюционной теории происхождения человека из приматов, начало которой положила работа Ч. Дарвина «Происхождение человека и половой отбор».
В.Клещевич (Харьков)
Продолжение следует...
|
