Генетика история и будущее.Урок.
классный час по биологии (9 класс)

Люди с древности интересовались вопросами наследования признаков. В мифах они отражали своё представление о принципах размножения и передачи наследственной информации. Например, в Древнем Египте жрецы Мемфиса держали священного быка, который отождествлялся с богом Птахом, покровителем города. Бык должен был быть обязательно чёрным с белыми отметинами определённой формы. Для того чтобы всегда иметь возможность найти такого быка, жрецы держали большое стадо коров и быков с подобными признаками и скрещивали их. Таким экспериментальным образом они усвоили основные механизмы наследования признаков. Но люди никак не могли найти этот механизм работы генов наследования признаков, и поэтому тайны генетики оставались нераскрытыми на протяжении многих столетий.

Но если механизмы наследования признаков широко использовались в быту людьми ещё с древности, то появляется вопрос «Была ли необходимость появления генетики как научного знания?». Да, была, так как открылось огромное количество тех возможностей, которых не было у древних людей, например, селекционировать или лечить тяжёлые заболевания. Генетические познания применялись во многих отдельных, независимых науках (анатомия, эволюция), и если бы эти познания не изучались как единое целое, то генетики как науки не существовало бы вообще. Генетика как наука позволила более подробно познавать мир и улучшать его (цели исследований направлены именно на это).

«Отцом» генетики как науки стал чешский монах Грегор Мендель, который опубликовал свои доклады об опытах по скрещиванию растений гороха. Его статьям не придали особого значения, и только в начале XX века биологи, проведя эксперименты над различными организмами, подтвердили гипотезу Менделя. С тех пор генетика стала активно развиваться, о чем свидетельствуют даты научных открытий:· Голландский генетик Хуго Де Фриз , обосновавший Mutation Theory (Мутационная теория) в 1901 (теория о том, что ген может мутировать в любое время;

· Английский биолог Уильям Бэтсон, введший термин генетика в 1905.

· Американский биолог Томас Хант Морган и его ученики, открывшие хромосомную теорию наследственности в 1909 году (теория о том, что внутри клеточного ядра располагаются хромосомы, в которых находятся гены, несущие в себе наследственную информацию);

· Датский генетик В. Иоганнсен , введший термин «ген» в 1909.

После этих грандиозных событий, ознаменовавших собой начало существования генетики как науки, учёные продолжили свои исследовательские работы, которые позволили проникнуть в неизведанный мир генетики. Благодаря современным технологиям (нанотехнологии) учёные имеют больше возможностей познавать тайны этой науки и делать новые более точные открытия, двигающие прогресс развития вперёд.

Современная генетика изучает наследственность и изменчивость организмов, предметом исследований является молекула ДНК. С помощью новых открытий врачи стали способны контролировать практические любые физиологические процессы, останавливать биосинтез белка в клетке, прерывать развитие на определённой стадии. Методы – центрифугирование, рентгенография, хромография, полимеразная цепная реакция (ЦПР) и метод меченых атомов. Особенностью генетики является изучение изменчивости и наследования признаков.

Американский цитолог, основоположник цитогенетики Э.Б. Уилсон в 1912 публикует свой труд «Клетка и её роль в наследственности и эволюции». Раньше полагалось, что гены состоят из белков, хотя нуклеиновые кислоты также немаловажны. Э.Уилсон в одном своём издании говорил, что «стройматериалом» генов являются белки, а в другом – нуклеиновые кислоты. Только в 1952-1953 стало окончательно известно, что ДНК и её структура определяет наследственность – способность живых организмов передавать генетические свойства и особенности из одного поколения в другое. Сюда же можно отнести такое биологическое свойство как изменчивость , то есть разнообразие признаков среди представителей одного вида и свойство потомков отличаться от предыдущих поколений.

Советский учёный-генетик С.С. Четвериков – основоположник эволюционной генетики, в основу которой легла его научная работа «О некоторых моментах эволюционного процесса с точки зрения современной генетики», опубликованная в 1926 году. Эволюционная генетика – это наука о наследственных свойствах генов у живых организмов. Она показывает механизмы закрепления изменений в организме, случайный и направленный характер эволюции. Эволюционная генетика стала доказательной базой современной синтетической теории эволюции.

Другой советский учёный-биолог Н.К. Кольцов предположил гипотезу о матричной репродукции (удвоение) хромосом в 1928. Репродукция – то же, что репликация. Сам термин «репликация» заимствован из вычислительных технологий.

Американские генетики Э. Тэйтем и Д.У. Бидл в 1944 открыли механизмы регуляции генами всех процессов жизнедеятельности организма на примере плодовой мушки Drosophila. Дрозофила представляет собой универсальный предмет изучения генетики, модель, так как имеет всего 8 хромосом, быстро размножается (за небольшой промежуток времени можно наблюдать несколько поколений), довольно хорошо проявляются мутации.

Английский врач Ф. Гриффит известен своим экспериментом с бактериями Diplococcus pneumoniae и мышами, у которых эти бактерии вызывали летальную пневмонию (то есть со смертельным исходом). Он вводил мышам смесь живых клеток бактерий (штамм IIIR, не приносивших им вреда) и мёртвых (штамм IIIS, возбуждавших болезнь), вследствие чего зверьки погибали. Штамм – культура микроорганизмов. Ф. Гриффит предположил нахождение трансформатора материала в бактериальных клетках. Эксперимент был проведён в 1928 году. Таким образом, он обнаружил, что вещество умерших клеток может переносить свою наследственную информацию живым клеткам.

Американский биолог Освальд Т. Эйвери и его коллеги в 1944 году доказали, что фактором трансформации служит ДНК. Они разрушали белки и другие всевозможные вещества клетки, но при этом трансформация продолжалась. Когда они разрушили ДНК, изменения в клетках прекратились.

Большой вклад в науку принесли итальянский микробиолог Сальвадор Лурия , американский А.Д. Херши и немецкий Макс Дельбрюк . Они способствовали открытиям структуры и принципов функционирования генов, изучав размножения бактериофагов (вирусов- «пожирателей» бактерий) в начале 1940-ых годов.

Классическим доказательством того, что генетическая информация находится в молекулах ДНК, является эксперимент Альфреда Херши, проведённый в 1952 совместно с Мартой Чейз . Они, зная, что бактерии состоят наполовину из ДНК (содержит фосфор P, но нет серы S), а наполовину из белков (есть сера S, но нет P), поместили одну часть фагов в среду с питательной смесью с радиоактивной серой ³⁵ S, а другую вырастили на питательной среде с радиоактивным фосфором ³² P. В итоге, оказалось, что клетки бактерий, заражённые фагом ³⁵ S, были менее радиоактивны, чем клетки с фагом ³² P. Исследователи показали, что потомство фагов содержит большую часть радиоактивной ДНК и практически не имеет в составе радиоактивного белка. А так как развитие потомства зависит от внедряемого материала, из этого был сделан правильный вывод: функция (одна из) ДНК – перенос информации о постройке белков.

В тоже время Э. Чарграфф установил, что нуклеотиды в НК (аденин А, гуанин G, цитозин C, тимин T, в РНК тимин заменяется урацилом U – азотистые основания, составляющие нуклеотидов) содержатся не в равных пропорциях, а наблюдается следующее соотношение:

1) количество А равно Т, а количество G = С

2) общее количество пуринов (А+G) соответствует общему количеству пиримидов (С+Т)Современная генетика как наука имеет несколько направлений, то есть суженные и разделённые исследования:

· Классическая генетика

· Популяционная генетика

· Археогенетика

· Молекулярная генетика

· Геномика

· Медицинская генетика

· Генная инженерия

· Спортивная генетика

· Судебно-медицинская генетика

· Криминалистическая генетика

· Биохимическая генетика

· Генетика человека

· Генетика микроорганизмов

· Генетика растений

· Эволюционная генетика

· Биометрическая генетика

· Экологическая генетика

· Генетика количественных признаков

· Физиологическая генетика

· Психиатрическая генетика

· Генетика соматических клеток

· Генетика вирусов

· Генетика пола

· Радиационная генетика

· Генетика развития

· Функциональная генетика

Далее будут раскрыты наиболее распространенные направления современной генетики:

Популяционная генетика (или генетика популяций) – раздел генетики, в которой изучаются распределение частот аллелей и их изменение вследствие эволюции: мутаций, естественного отбора, дрейфа генов и миграций.

Археогенетика – область науки, применяющая методы молекулярной генетики к изучению прошлого человечества. Термин ввёл британский археолог Колин Ренфрю .

К методам археогенетики относятся:

· анализ ДНК, полученный из археологических останков (древняя ДНК);

· анализ ДНК современных популяций (людей, домашних растений и животных) с целью изучения человеческого прошлого и генетического наследия взаимодействия человека с биосферой;

· применение статистических методов молекулярной генетики к археологическим данным.

Молекулярная генетика — область биологии, соединяющая собой молекулярную биологию и генетику. В области генетики молекулярная биология показала химическую природу вещества наследственности, физико-химические условия хранения в клетке информации и точного копирования её для передачи в ряде поколений.

Геномика — раздел молекулярной генетики, исследующий геном (все одинарные ДНК организма) и гены живых организмов.

Медицинская генетика (генетика человека, клиническая генетика) – область медицины, которая изучает явления наследственности и изменчивости в различных популяциях людей, особенности проявления и развития нормальных и патологических (с отклонениями от нормы) признаков, зависимость заболеваний от генетической предрасположенности к ним и условий окружающей среды. Задачей является выявлять, изучать и лечить наследственные болезни, предотвращать воздействие негативных факторов окружающей среды на наследственность человека.

Генная инженерия – совокупность методов и технологий получения рекомбинантных РНК и ДНК, выделения генов из клеток, осуществления с ними различных действий и введения их в другие организмы.

Генетика человека (микроорганизмов, растений, вирусология) – разделы генетики, изучающие закономерности наследования и изменчивости признаков у человека (микроорганизмов, растений, вирусов).Итак, нами было доказано, что генетика является полноценной наукой. Она имеет свою историю рождения и развития, достижения, которые перевернули все представления о мире, падения, которые сильно помешали, но не остановили прогресс, а также большие перспективы, идущие далеко вперед.

Генетика – относительно молодая наука, по сравнению с биологией, химией, физикой и т.д., однако за прошедшее столетие стремительно развивалась. Основной задачей генетики является исследовать наследственность генетического материала, однако в наше время появилось множество прикладных аспектов этой науки. Они нашли широкое применение в жизни: например, генная инженерия является инструментом селекционных работ (получение новых видов растений, животных, штаммов бактерий) используется в медицине (лечение некоторых раковых болезней, удаление больных генов, преданных наследственным путем), криминалистическая генетика помогает современным расследованиям полиции и т.д.

В ближайшее время генетика будет усиленно развиваться, хотя она и в наши дни очень широко распространена в сельскохозяйственных культурах (селекции, клонировании), медицине (медицинской генетике, генетике микроорганизмов). В будущем учёные надеются использовать генетику для устранения дефективных генов и уничтожения болезней, передаваемых по наследству, иметь возможность лечить такие тяжелые заболевания как рак, вирусные инфекции. А также современные открытия и технологии позволяют менять свойства живых организмов, то есть вмешиваться в ход эволюции, создавать новые организмы для различных целей, поставленных человеком (например, бактерии, поглощающие загрязняющие вещества, растения, синтезирующие удобрения из воздуха или даже новую расу человечества).