История развития генетики. Г.Мендель – основоположник классической генетики

Грегор Иоганн Мендель – выдающийся австрийский ботаник, который открыл учение о наследственности, впоследствии названное «менделизмом» в честь ученого. Его также считают основоположником современной генетики, так как выявленные им закономерности наследственных факторов, стали фундаментом для появления этой науки.

Иоганн Мендель родился 20 июля 1822 года в австрийском Хейцендорфе. Интерес к природе проявлял в раннем возрасте, когда подрабатывал садовником. Имя Грегор появилось не случайно. В 1843 году ученый поступил в монахи в Августинский монастырь Святого Фомы в Чехии. Там ему было присвоено имя Грегор. На следующий год он поступил в Брюннский богословский институт, по окончании которого стал священником. Ему давались многие науки. Так, например, он с легкостью мог заменять отсутствующих преподавателей по математике или греческому языку. Однако больше всего его интересовали биология и геология. По совету настоятеля гимназии, в которой он преподавал, в 1851 году Мендель поступил в Венский университет на факультет естественной истории. Здесь он обучался под руководством одного из первых цитологов в мире – Унгера.

В период пребывания в Вене, он живо начал интересоваться проблемой гибридизации растений. В 1850-е годы он проводил немало опытов над растениями, в том числе над горохами в монастырском саду. Именно благодаря этим опытам он смог объяснить законы механизма наследования, которые были позже переименованы в «Законы Менделя». Вскоре вышли в свет его труды под названием «Опыты над растительными гибридами». Сам ученый был уверен, что совершил величайшее открытие. Однако когда его открытие не сработало в опытах с некоторыми животными, он разочаровался в науке и перестал заниматься биологическими исследованиями.

Основные законы наследуемости были описаны чешским монахом Грегором Менделем более века назад, когда он преподавал физику и естественную историю в средней школе г. Брюнна (г. Брно).

Мендель занимался селекционированием гороха, и именно гороху, научной удаче и строгости опытов Менделя мы обязаны открытием основных законов наследуемости: закона единообразия гибридов первого поколения, закона расщепления и закона независимого комбинирования.

Некоторые исследователи выделяют не три, а два закона Менделя. При этом некоторые ученые объединяют первый и второй законы, считая, что первый закон является частью второго и описывает генотипы и фенотипы потомков первого поколения (F 1). Другие исследователи объединяют в один второй и третий законы, полагая, что «закон независимого комбинирования» есть в сущности «закон независимости расщепления», протекающего одновременно по разным парам аллелей. Однако в отечественной литературе речь идет о трех законах Менделя.

Г. Мендель не был пионером в области изучения результатов скрещивания растений. Такие эксперименты проводились и до него, с той лишь разницей, что скрещивались растения разных видов. Потомки подобного скрещивания (поколение F 1) были стерильны, и, следовательно, оплодотворения и развития гибридов второго поколения (при описании селекционных экспериментов второе поколение обозначается F 2) не происходило. Другой особенностью доменделевских работ было то, что большинство признаков, исследуемых в разных экспериментах по скрещиванию, были сложны как по типу наследования, так и с точки зрения их фенотипического выражения. Гениальность Менделя заключалась в том, что в своих экспериментах он не повторил ошибок предшественников. Как писала английская исследовательница Ш. Ауэрбах, «успех работы Менделя по сравнению с исследованиями его предшественников объясняется тем, что он обладал двумя существенными качествами, необходимыми для ученого: способностью задавать природе нужный вопрос и способностью правильно истолковывать ответ природы». Во-первых, в качестве экспериментальных растений Мендель использовал разные сорта декоративного гороха внутри одного рода Pisum. Поэтому растения, развившиеся в результате подобного скрещивания, были способны к воспроизводству. Во-вторых, в качестве экспериментальных признаков Мендель выбрал простые качественные признаки типа «или /или» (например, кожура горошины может быть либо гладкой, либо сморщенной), которые, как потом выяснилось, контролируются одним геном. В-третьих, подлинная удача Менделя заключалось в том, что выбранные им признаки контролировались генами, содержавшими истинно доминантные аллели. И, наконец, интуиция подсказала Менделю, что все категории семян всех гибридных поколений следует точно, вплоть до последней горошины, пересчитывать, не ограничиваясь общими утверждениями, суммирующими только наиболее характерные результаты (скажем, таких–то семян больше, чем таких-то).

Мендель экспериментировал с 22 разновидностями гороха, отличавшимися друг от друга по 7 признакам (цвет, текстура семян и т.д.). Свою работу Мендель вел восемь лет, изучил 20 000 растений гороха. Все формы гороха, которые он исследовал, были представителями чистых линий; результаты скрещивания таких растений между собой всегда были одинаковы. Результаты работы Мендель привел в статье 1865 г., которая стала краеугольным камнем генетики. Трудно сказать, что заслуживает большего восхищения в нем и его работе – строгость проведения экспериментов, четкость изложения результатов, совершенное знание экспериментального материала или знание работ его предшественников.

В 1863 г. Мендель закончил эксперименты и в 1865 г. на двух заседаниях Брюннского общества естествоиспытателей доложил результаты своей работы. В 1866 г. в трудах общества вышла его статья «Опыты над растительными гибридами», которая заложила основы генетики как самостоятельной науки. Это редкий в истории знаний случай, когда одна статья знаменует собой рождение новой научной дисциплины. Почему принято так считать?

Работы по гибридизации растений и изучению наследования признаков в потомстве гибридов проводились десятилетия до Менделя в разных странах и селекционерами, и ботаниками. Были замечены и описаны факты доминирования, расщепления и комбинирования признаков, особенно в опытах французского ботаника Ш. Нодена. Даже Дарвин, скрещивая разновидности львиного зева, отличные по структуре цветка, получил во втором поколении соотношение форм, близкое к известному менделевскому расщеплению 3:1, но увидел в этом лишь «капризную игру сил наследственности». Разнообразие взятых в опыты видов и форм растений увеличивало количество высказываний, но уменьшало их обоснованность. Смысл или «душа фактов» (выражение Анри Пуанкаре) оставались до Менделя туманными.

Совсем иные следствия вытекали из семилетней работы Менделя, по праву составляющей фундамент генетики. Во-первых, он создал научные принципы описания и исследования гибридов и их потомства (какие формы брать в скрещивание, как вести анализ в первом и втором поколении). Мендель разработал и применил алгебраическую систему символов и обозначений признаков, что представляло собой важное концептуальное нововведение. Во-вторых, Мендель сформулировал два основных принципа, или закона наследования признаков в ряду поколений, позволяющие делать предсказания. Наконец, Мендель в неявной форме высказал идею дискретности и бинарности наследственных задатков: каждый признак контролируется материнской и отцовской парой задатков (или генов, как их потом стали называть), которые через родительские половые клетки передаются гибридам и никуда не исчезают. Задатки признаков не влияют друг на друга, но расходятся при образовании половых клеток и затем свободно комбинируются у потомков (законы расщепления и комбинирования признаков). Парность задатков, парность хромосом, двойная спираль ДНК – вот логическое следствие и магистральный путь развития генетики ХХ века на основе идей Менделя.

Название новой науки – генетика (лат. «относящийся к происхождению, рождению») – было предложено в 1906 г. английским ученым В. Бэтсоном. Датчанин В. Иоганнсен в 1909 г. утвердил в биологической литературе такие принципиально важные понятия, как ген (греч. «род, рождение, происхождение»), генотип и фенотип. На этом этапе истории генетики была принята и получила дальнейшее развитие менделевская, по существу умозрительная, концепция гена как материальной единицы наследственности, ответственной за передачу отдельных признаков в ряду поколений организмов. Тогда же голландский ученый Г. де Фриз (1901) выдвинул теорию изменчивости, основанную на представлении о скачкообразности изменений наследственных свойств в результате мутаций.

Работами Т.Г. Моргана и его школы в США (А. Стертевант, Г. Меллер, К. Бриджес), выполненными в 1910-1925 гг., была создана хромосомная теория наследственности, согласно которой гены являются дискретными элементами нитевидных структур клеточного ядра – хромосом. Были составлены первые генетические карты хромосом плодовой мушки, ставшей к тому времени основным объектом генетики. Хромосомная теория наследственности прочно опиралась не только на генетические данные, но и на наблюдения о поведении хромосом в митозе и мейозе, о роли ядра в наследственности. Успехи генетики в значительной мере определяются тем, что она опирается на собственный метод – гибридологический анализ, основы которого заложил Мендель.

Менделевская теория наследственности, т.е. совокупность представлений о наследственных детерминантах и характере их передачи от родителей к потомкам, по своему смыслу прямо противоположна доменделевским теориям, в частности теории пангенезиса, предложенной Дарвином. В соответствии с этой теорией признаки родителей прямо, т.е. от всех частей организма, передаются потомству. Поэтому характер признака потомка должен прямо зависеть от свойств родителя. Это полностью противоречит выводам, сделанным Менделем: детерминанты наследственности, т.е. гены, присутствуют в организме относительно независимо от него самого. Характер признаков (фенотип) определяется их случайным сочетанием. Они не модифицируются какими-либо частями организма и находятся в отношениях доминантности-рецессивности. Таким образом, менделевская теория наследственности противостоит идее наследования приобретенных в течение индивидуального развития признаков.

Опыты Менделя послужили основой для развития современной генетики – науки, изучающей два основных свойства организма – наследственность и изменчивость. Ему удалось выявить закономерности наследования благодаря принципиально новым методическим подходам:

1) Мендель удачно выбрал объект исследования;

2) он проводил анализ наследования отдельных признаков в потомстве скрещиваемых растений, отличающихся по одной, двум и трем парам контрастных альтернативных признаков. В каждом поколении велся учет отдельно по каждой паре этих признаков;

3) он не просто зафиксировал полученные результаты, но и провел их математическую обработку.

Перечисленные простые приемы исследования составили принципиально новый, гибридологический метод изучения наследования, ставший основой дальнейших исследований в генетике.

Подумайте!

1. Какое значение в эволюции человека имело удлинение дорепродуктивного периода?

2. Для каких организмов понятия «клеточный цикл» и «онтогенез» совпадают?

§-3.10. Генетика – наука о закономерностях наследственности и изменчивости.

■ Предмет и основные понятия генетики. На протяжении всей истории своего существования человечество всегда интересовал вопрос о причинах сходства детей и родителей. Почему подобное рождает подобное? «Как он похож на своего отца!» - восклицают родственники, придя на день рождения и глядя на выросшего юношу. «У него абсолютный музыкальный слух!» - с гордостью сообщает его мать, обладающая таким же качеством. В голубых глазах родителей светится гордость за подрастающее поколение, а виновник торжества, невинно моргая такими же голубыми глазами, незаметно съедает приготовленные для гостей конфеты.

Мы наследуем от своих родителей не только цвет глаз и волос, форму носа и группу крови. Мы наследуем черты темперамента и особенности движений, склонность к изучению языков и способность к математике. Мы рождаемся на свет, имея свой уникальный наследственный материал, ту программу, на основе которой под влиянием факторов внешней среды мы станем такими, какие мы есть - неповторимые и в то же время похожие на предыдущие поколения.

Наследственность и изменчивость - два свойства живых организмов, неразрывно связанные друг с другом как две стороны одной медали. Закономерности наследственности и изменчивости изучает одна из самых важных областей биологии - генетика.

Наследственность - это способность живых организмов передавать свои признаки, свойства и особенности развития следующему поколению. Наследственность обеспечивает материальную и функциональную преемственность между поколениями, сохраняя определенный порядок в природе. Некоторые виды могут оставаться относительно неизменными на протяжении сотен миллионов лет. Например, многие современные акулы мало чем отличаются от акул, живших в раннем меловом периоде более 130 млн лет тому назад.

Клетки организмов не содержат готовых признаков взрослой особи, наследование признаков происходит на молекулярном уровне. Основными структурами, которые обеспечивают материальную основу наследственности, являются хромосомы. Строго говоря, мы наследуем не свойства, а генетическую информацию. Элементарной структурной единицей наследственности является ген - участок ДНК, содержащий информацию о структуре одного белка. Генотип - это сумма всех генов организма, т. е. совокупность всех наследственных задатков.

Изменчивость - свойство, противоположное наследственности. Оно заключается в способности живых организмов существовать в различных Формах, т. е. приобретать в процессе индивидуального развития признаки, отличные от качеств других особей того же вида.

Совокупность свойств и признаков организма, которые являются результатом взаимодействия генотипа особи и окружающей среды, называют фенотипом . Мы рождаемся с определенным цветом кожи, но стоит нам летом съездить в более южные края, как наша кожа приобретает смуглый оттенок. С возрастом светлеет радужка глаз и седеют волосы. Перенесение в детстве болезни могут нарушить рост или развитие каких-то органов. Реализация наследственной информации находится под постоянным Явлением факторов окружающей среды. Однако следует отметить, что существуют признаки, проявление которых не зависит от влияния внешней среды. Где бы мы ни жили: на севере или на юге, как бы нас ни кормили в детстве и какими бы болезнями мы ни болели, группа крови, с которой мы родились, останется неизменной на протяжении всей жизни.

■ У истоков генетики. Основные закономерности наследования признаков впервые были описаны во второй половине XIX в. австрийским ученым Грегором Менделем (1822-1884). Мендель не был первым ученым, который пытался ответить на вопрос: как передаются из поколения в поколение свойства и признаки? Многие исследователи до него скрещивали разнообразные организмы, стараясь увидеть какую-то систему в получаемых результатах. Стремясь добиться успеха как можно быстрее, исследователи скрещивали разные виды, получая при этом бесплодное потомство, брали для изучения сложные, трудно определяемые признаки, не вели точных математических подсчетов. Объясняя, почему именно Мендель смог обнаружить закономерности в передаче признаков от поколения к поколению, английский генетик Шарлотта Ауэрбах сказала: «Успех работы Менделя по сравнению с исследованиями его предшественников объясняется тем, что он обладал двумя существенными качествами, необходимыми для ученого; способностью задавать природе нужный вопрос и способностью правильно истолковывать ответ природы».

Рассмотрим основные особенности работы Менделя, которые позволили ему добиться успеха:

В качестве экспериментальных растений Мендель использовал разные сорта посевного гороха, поэтому потомство, получаемое в таких внутривидовых скрещиваниях, было плодовито;

Горох - самоопыляющееся растение, т. е. цветок защищен от случайного попадания посторонней пыльцы; при постановке нужного скрещивания Мендель удалял тычинки, чтобы исключить возможность самоопыления, а затем кисточкой переносил на пестик пыльцу другого родительского растения;

Горох неприхотлив и имеет высокую плодовитость;

В качестве экспериментальных признаков Мендель выбрал простые качественные альтернативные признаки по типу «или-или» (цветки пурпурные или белые, семена желтые или зеленые); сейчас трудно сказать, что здесь сыграло основную роль - удача или гениальное предвидение, но оказалось, что каждая пара выбранных Менделем признаков контролировалась одним геном, что значительно упрощало трактовку результатов скрещивания;

При обработке получаемых данных Мендель вел строгий математический учет фенотипов всех растений и семян.

В течение восьми лет Мендель экспериментировал с 22 сортами гороха, которые отличались друг от друга по семи признакам. За это время он изучил в общей сложности более 10 тыс. растений. Скрещивая различные организмы и исследуя получаемое потомство, Мендель, по сути, разработал основной и специфический метод генетики Гибридологический метод - это система скрещиваний в ряду поколений, дающая возможность при половом размножении анализировать наследование отдельных свойств и признаков организмов, а также обнаруживать возникновение наследственных изменений.

Результаты своих экспериментов Г. Мендель представил в 1865 г на заседании Общества естествоиспытателей г. Брюнна (современный город Брно) и изложил в статье «Опыты над растительными гибридами». Но современники Менделя работы не оценили, и за оставшиеся 35 лет 19 века в его статью процитировали всего 5 раз.

Работа Менделя значительно опередила уровень развития науки того времени. Лишь когда в 1900 г. сразу в трех лабораториях открыли заново закономерности наследования, ученый мир вспомнил, что 35 лет тому назад они уже были сформулированы. 1900 год считается годом рождения генетики, но закономерности, установленные в свое время Грегором Менделем, справедливо носят его имя.

Вопросы для самоконтроля

1. Дайте определения понятий «наследственность» и «изменчивость».

2.Кто впервые открыл закономерности наследования признаков?

3.На каких растениях проводил опыты Г. Мендель?

4.Благодаря каким особенностям организации работы Г. Менделю удалось открыть законы наследования признаков?

Генетика -наука о закономерностях наследственности и изменчивости. Основной задачей генетики является изучение следующих проблем:

1. Хранение наследственной информации.

2. Механизм передачи генетической информации от поколения к поколению клеток или организмов.

3. Реализация генетической информации.

Изменение генетической информации (изучение типов, причин и механизмов изменчивости).

Разработка методов использования генетической инженерии для получения высокоэффективных продуцентов различных биологически активных соединений, а в перспективе и внедрение этих методов в генетику растений, животных и даже человека. Методы, используемые в генетике, разнообразны, но основной из них - гибридологический анализ, то есть скрещивание с последующим генетическим анализом потомства. Он используется на молекулярном, клеточном (гибридизация соматических клеток) и организменном уровнях. Кроме того, в зависимости от уровня исследования (молекулярный, клеточный, организменный, популяционный), изучаемого объекта (бактерии, растения, животные, человек) и других факторов используются самые разнообразные методы современной биологии, химии, физики, математики. Однако каковы бы ни были методы, они всегда являются вспомогательными к основному методу - генетическому анализу. В 1865 году монах Грегор Мендель (занимавшийся изучением гибридизации растений в Августинском монастыре в Брюнне (Брно), ныне на территории Чехии) обнародовал на заседании местного общества естествоиспытателей результаты исследований о передаче по наследству признаков при скрещивании гороха (работаОпыты над растительными гибридами была опубликована в трудах общества в 1866 году). Мендель показал, что некоторые наследственные задатки не смешиваются, а передаются от родителей к потомкам в виде дискретных (обособленных) единиц. Сформулированные им закономерности наследования позже получили название законов Менделя. При жизни его работы были малоизвестны и воспринимались критически (результаты опытов на другом растении, ночной красавице , на первый взгляд, не подтверждали выявленные закономерности, чем весьма охотно пользовались критики его наблюдений).

Гибридологический анализ – фундаментальный метод генетики, его основные положения.

Гибридологический метод – изучение наследования путем гибридизации (скрещивания), то есть объединения двух генетически разных организмов (гамет). Гетерозиготный организм, который получается при этом, называется гибридом, а потомство – гибридным.

Основные принципы гибридологического метода:

1) для скрещивания используются чистосортные (гомозиготные) родительские организмы, которые отличаются между собою за одной или несколькими парами альтернативных признаков;

2) проводится точный количественный учет потомства в отдельности за каждым исследуемым признаком в ряде поколений.

Гибридологический метод не подходит для человека по морально-этическим соображениям, а так же из-за малого количества детей и позднего полового созревания, скрещивать homosapiens в эксперименте не представляется возможным.Поэтому для изучения генетики человека применяют косвенные методы.

Результаты были обобщены Менделем в следующих трех положениях:

• правило единообразия первого гибридного поколения;
• закон расщепления второго гибридного поколения;
• гипотеза чистоты гамет.

Правило единообразия первого поколения:

при скрещивании гомазиготных особей, отличающихся друг от друга по одной паре альтернативных признаков, все потомство в первом поколении единообразно как по фенотипу, так и по генотипу.

Правило расщепления. Второй закон .

При скрещивании однородных гибридов первого поколения между собой (самоопыление или родственное скрещивание) во втором поколении появляются особи как с доминантными, так и с рецессивными признаками, т. е. наблюдается расщепление.

Согласно второму правилу Менделя можно сделать вывод, что:

1) аллельные гены, находясь в гетерозиготном состоянии, не изменяют друг друга;

2) при созревании гамет у гибридов образуется приблизительно равное число гамет с доминантными и рецессивными аллелями;

3) при оплодотворении мужские и женские гаметы, несущие доминантные и рецессивные аллели, свободно комбинируются.

Таким образом, второе правило Менделя формулируется так: при скрещивании двух гетерозиготных особей, т. е. гибридов, анализируемых по одной альтернативной паре признаков, в потомстве наблюдается расщепление по фенотипу в соотношении 3:1 и по генотипу 1:2:1.

Гипотеза «чистоты гамет».

Правило расщепления показывает, что хотя у гетерозигот проявляются лишь доминантные признаки, однако рецессивный ген не утрачен, более того, он не изменился. Следовательно, аллельные гены, находясь в гетерозиготном состоянии, не сливаются, не разбавляются, не изменяют друг друга. При образовании половых клеток в каждую гамету попадает только один ген из аллельной пары.

Цели:

1. Охарактеризовать генетику как науку, её развитие и значение.
2. Ввести понятие о гибридологическом методе изучения наследственности, основных генетических терминах и символике.
3. Развивать через поэтапную работу мыслительную деятельность учащихся и навыки работы с генетической терминологией.
4. Воспитывать у учащихся интерес к получению генетических знаний.

Оборудование: портрет Г.Менделя, модель-аппликация: "Ход моногибридного скрещивания", сюжетный рисунок, словесные плакаты: задачи урока и раздела, стихотворение С. Михалкова, раздаточный поурочный материал: тест, статья: "Как работал Мендель".

Тип урока: вводная лекция.

ХОД УРОКА

I. Организационный момент (5 –7 мин.)

1. Проверка посещаемости урока.
2. Концентрация внимания учащихся.

II. Основная часть урока (60 мин.)

1. Вступительное слово учителя. Уважаемые ребята и гости урока, мы сегодня открываем страницу наиболее интересной науки биологического цикла – генетики. Генетика является наукой, где требуется понимание и знание многих сложных вопросов. Я прошу быть внимательным в течение всего занятия.

Учитель знакомит учащихся с темами изучаемого раздела и с конкретными задачами данного урока.

Темы изучаемого раздела (на отдельном плакате) :

1. Генетика – как наука о наследственности и изменчивости.
2. Г. Мендель – основоположник генетической науки.
3. Новости генетической науки.
4. Основные генетические термины и символика.
5. Гибридологический метод изучения наследственности.
6. Основные наследственные закономерности, открытые Г. Менделем: I и II Законы чистоты гамет.

Учитель вводит занимательный элемент развивающего обучения. На отдельном плакате – сюжетный рисунок. Вопрос учащимся: какую наследственную ошибку допустил художник в данном рисунке? Ответ: он забыл о наследственности и перепутал детей животных.

2. Работа по опережающим заданиям

Выступления учащихся о новостях генетической науки.

Проект: "Геном человека"

Международный проект был начат в 1988 г. В проекте работает несколько тысяч из более чем 20 стран. С 1989 г. в нём участвует и Россия. Все хромосомы поделены между странами – участницами, и России для исследования достались 3, 13, 19 хромосомы.
Основная цель проекта – определить локализацию всех генов в молекуле ДНК.
Что представляет собой основной предмет проекта – геном человека?
Известно, что в ядре клетки 46 хромосом (соматических). Каждая хромосома представлена одной молекулой ДНК. Суммарная длина всех 46 молекул ДНК в одной клетке ~2 м, они содержат около 3,2 млрд. пар нуклеотидов. Общая длина ДНК во всех клетках человеческого тела (их примерно 5 х 10 13) составляет 10 11 км, что почти в тысячу больше расстояния от Земли до Солнца.
Как же помещаются в ядре такие длиннющиемолекулы? Оказывается, в ядре существует механизм ""насильственной укладки" ДНК. В самой молекуле гены повторяются много раз. Например, ген, кодирующий р ДНК повторяется около 2 тыс. раз.
К 1998 г. расшифрована примерно половина генетической информации человека.
В таблице приведены данные (известные на сегодня) по количеству генов, вовлечённых в развитие и функционирование некоторых органов и тканей человека.

Сегодня установлено, что предрасположенность к алкоголизму или наркомании тоже может иметь генетическую основу. Открыто уже 7 генов, повреждения которых связаны с возникновением с зависимости от химических веществ. Из тканей больных алкоголизмом был выделен мутантный ген, который приводит к дефектам клеточных рецепторов дофамина – вещества, играющего ключевую роль в работе центров удовольствия мозга Недостаток дофамина или дефекты его рецепторов напрямую связаны с развитием алкоголизма.
Сегодня можно на основе генов узнать человека по следовым количествам крови, чешуйкам кожи, и т.п.
В настоящее время интенсивно изучается проблема зависимости способностей и талантов человека от его генов.
Главная задача будущих исследований – выявление различий между людьми на генетическом уровне. Это позволит создавать генные портреты людей и эффективнее лечить болезни, оценивать способности и возможности каждого человека, оценивать степень приспособленности конкретного человека к той или иной экологической обстановке
Необходимо упомянуть об опасности распространения генетической информации о конкретных людях. В некоторых странах уже приняты законы, запрещающие распространение такой информации.

Гены и поведение

Уже сотни лет ведётся спор о том, что влияет на характер и темперамент, интеллект и творчество – наследственность или воспитание.
Английский биолог Френсис Гальтон в 1865г. (двоюродный брат Ч.Дарвина) исследовал родословные выдающихся людей и пришёл к выводу о наследственной природе таланта.
В настоящее время генетикам удалось найти гены, которые определяют некоторые психологические характеристики человека. Было установлено, что чтение связано с одним из участков хромосомы 15. Многие гены участвуют в развитии умственных способностей.
Голландский генетик Гансу Бруннеру исследовал семью, в 3 х поколениях которой 14 мужчин – дядей, братьев, племянников – проявляли нарушение поведения (агрессивность, умственную отсталость и т.д.) Он установил, что это не просто нарушения, а заболевание, связанное с X – хромосомой. Оно передавалось через женщин (которые сами были здоровыми) и проявлялось только у мужчин. У всех обследованных мужчин была мутация в гене.
Американский генетик Кен Кендлер определил, что тревожность и депрессия на 33–46 % определяются наследственностью. Однако, как гены влияют на человека, ещё неразрешенная проблема.

Анализ генома человека завершён?

В Вашингтоне 6 апреля 2000 г. состоялось заседание комитета по науке Конгресса США, на котором было заявлено о завершении расшифровки нуклеотидных последовательностей всех необходимых фрагментах генома человека. Ожидается, что предварительная работа по составлению последовательностей всех генов (их около 80 тыс. и они содержат примерно 3 млрд. "букв") ДНК будет завершена через 3–6 недель. Окончательная расшифровка генома человека будет завершена в 2003 году.
На вопрос, не станет ли теперь реальностью целенаправленное изменение человеческой расы, главный специалист компании ответил, что для полного определения функций всех генов может потребоваться около 100 лет, а до тех пор о целенаправленных изменениях говорить не приходится.
В декабре 1999 г. исследователи Великобритании и Японии объявили об установлении структуры 22 хромосомы. Она содержит 33 млн. пар оснований и в её структуре нерасшифрованными остались 11 участков. Для этой хромосомы установлены функции примерно половины генов. Установлено, с дефектом этой хромосомы связано 27 различных заболеваний, например – шизофрения, лейкемия.

Преподаватель: В основу современной науки – генетики легли закономерности наследования признаков, обнаруженные Г. Менделем. Познакомимся кратко с его биографией.

Выступление студента.

Биография Грегора Менделя

Грегор Иоганн Мендель стал основоположником учения о наследственности, т. е. науки – генетики.
Родился Иоганн Мендель 22 июля 1822 г. в бедной семье крестьянина в небольшой деревушке в Австрийской империи (сегодня это территория Чехии). Благодаря своим незаурядным способностям ему удалось закончить сначала гимназию, а затем двухгодичные философские курсы.
В 1843 г. Мендель поступил в августинский монастырь г. Брно. По обычаю, приняв монашеский сан, Иоганн Мендель получил своё второе имя – Грегор.
Став монахом, Мендель наконец-то был избавлен от вечной нужды и заботы о куске хлеба.
В монастыре он стал всерьёз заниматься садоводством и выпросил под садик небольшой огороженный забором участок.
Кто бы мог предположить, что на этом крохотном участке будут установлены всеобщие биологические законы наследственности. Весной 1845 г. Мендель высадит здесь горох.
А ещё раньше, в его монашеской келье, появятся ёж, лисица и множество мышей. Мендель скрещивал их, наблюдал, какое получалось потомство. Но монастырское начальство проведало о его опытах с мышами и распорядилось убрать мышей, чтобы не бросать тень на репутацию монастыря.
Тогда Мендель перенёс свои опыты на горох, росший в монастырском садике.
Позднее он шутливо говорил своим гостям:
– Не хотите ли посмотреть на моих детей?
Удивлённые гости шли вместе с ним в сад, где он указывал им на грядки с горохом.

3. Самостоятельная работа студентов с источником научной информации

Раздаточный материал на столах студентов – статья "Как работал Мендель". Задание для студентов по статье: докажите, что выбор растения горох для опытов было у Менделя удачным.

Как работал Г. Мендель

Г. Мендель проводил свои опыты, используя горох. Выбор объекта для экспериментов был удачным:

• Bo времена, когда жил Г. Мендель уже существовало много сортов гороха, различающихся между собой по многим признакам.
• Растение горох легко выращивать.
• Растение самоопыляемое (т. е., когда пыльца попадает на рыльце пестика того же самого цветка, и такой цветок размножается в чистоте, без влияния факторов окружающей среды).
• Данное растение можно искусственно опылять, что и делал Г. Мендель. (Для этого пыльцу из пыльника одного сорта гороха с помощью кисточки он наносил на рыльце пестика другого сорта гороха. Затем надевал на искусственно опылённые цветки маленькие колпачки, чтобы сюда случайно не попала чужая пыльца).
• Г. Мендель работал лишь с небольшим количеством признаков, это были:
  • Высота стебля;
  • Форма семян;
  • Окраска семян;
  • Форма плодов;
  • Окраска плодов;
  • Расположение цветков;
  • Окраска лепестков.
• Над своими опытами Г. Мендель работал в течении 2 – 3 лет и всегда использовал контрольные растения, а так же вёл точный количественный учёт потомства, которое всегда в его опытах было многочисленным.

4. Объяснение нового материала

Сущность гибридологического метода изучения наследственности. I закон Г. Менделя

В его основе лежит X (т. е. гибридизация) организмов, отличающихся между собой по одному или нескольким признакам, а так же в детальном анализе потомства, (т. е. гибридов) от названия которых и метод стал называться гибридологический.

Моногибридное скрещивание – это скрещивание, в котором родительские формы отличаются по одной паре признаков.

Основные генетические символы:

X – гибридизация или скрещивание;
Р – родительские формы;
– женский организм (символ планеты Венера – зеркало Венеры);
– мужской организм (символ планеты Марс – щит и копьё);
F 1 или F 2 и т.д. (от лат. filis – дети) потомки или гибриды.

Преподаватель: Вычерчиваем схему (цветным мелом) моногибридного скрещивания, проводим X по одной паре признаков (цвет семян гороха). Все гибриды первого поколения получились единообразны по цвету семян. Так была сформулирована первая закономерность наследственности, которая в науке звучит как I-й закон Менделя . Он гласит:

• Доминантный признак: это признак преобладающий, который проявляется сразу в первом поколении.
• Рецессивный признак: отступающий признак и он начинает проявляться только с F2 поколения.

Установление 2 й наследственной закономерности, открытой Г. Менделем. II закон Г. Менделя

Преподаватель: Г. Мендель поставил задачу: выяснить, как будет наследоваться признак (цвет семян) у гибридов F 2 ?

Полученную закономерность в F 2 Г. Мендель назвал Законом расщепления признаков. Он гласит:

Фенотип – это совокупность внешних и внутренних признаков организма.

В доме восемь дробь один
У заставы Ильича
Жил высокий гражданин
По прозванью Каланча,
По фамилии – Степанов
И по имени – Степан,
Из районных великанов
Самый главный великан.

У Степана сын родился
Малыша зовут Егор
Возле мамы на кровати
На виду у прочих мам
Спит ребёнок небывалый
Не малыш, а целый малый,
Весит он пять килограмм.
Богатырь, а не ребёнок,
Как не верить чудесам,
Вырастает из пелёнок
Не по дням, а по часам.

Закон чистоты гамет, установленный Г. Менделем

Преподаватель: Г. Мендель пытался объяснить наследственную природу признака. Он установил, что признаки организмов определяются отдельными факторами наследственности. В настоящее время эти наследственные факторы называют генами. Давайте вспомним знания о гене.

5. Фронтальный опрос по домашнему заданию.

1. Что такое хромосомы и где они расположены?
2. Что такое ген?
3. Какой набор хромосом называется диплоидным?
4. Какой набор хромосом называется гаплоидным?
5. Что такое гамета?
6. Что такое зигота?

Закон чистоты гамет:

Преподаватель: Г. Мендель ввёл буквенную символику наследственных факторов (т. е. генов). А, В, С – гены, отвечающие за доминантный признак; а, в, с – гены, отвечающие за рецессивный признак. Генотип – совокупность генов, полученная от родителей. Повторно составляем схему моногибридного скрещивания, но по генотипу. (Плакат на доске)
Любой организм содержит 2 гена, отвечающих за развитие одного признака, один от отца, другой от матери. При образовании гамет из каждой пары генов, в гамету попадает только один. Составляем ход моногибридного скрещивания. На доске модель-аппликация:

Гомозигота – это зигота, содержащая одинаковые гены АА или аа ;
Гетерозигота – это зигота, содержащая разные гены Аа.

6. Самостоятельная работа учащихся

Задание:

1. Какие типы гамет образуются в следующих генотипах:

2. Какова окраска семян при следующих генотипах: АА; Аа; аа?

III. Закрепление урока

Индивидуальная работа учащихся по тесту.

Вариант 1

1. Исследованием закономерностей наследственности и изменчивости занимается наука:

A. Селекция;
B. Физиология;
C. Экология;
D. Генетика.

2. Свойство родительских организмов передавать свои признаки и особенности развития потомству называют:

A. Изменчивостью;
B. Наследственностью;
C. Приспособленностью;
D. Выживаемостью.

3. Признак, который проявляется сразу же в первом поколении и подавляет проявление противоположного признака, называют:

A. Доминантным;
B. Рецессивным;
C. Промежуточным;
D. Ненаследственным.

4. Совокупность генов, полученных потомством от родителей, называют:

A. Фенотипом;
B. Гомозиготой;
C. Гетерозиготой;
D. Генотипом.

5. Материальной основой наследственности являются:

A. Гены, расположенные в молекуле ДНК;
B. Молекулы АТФ;
C. Молекулы белка;
D. Хлоропласты и митохондрии.

6. "Гибриды первого поколения при дальнейшем размножении дают расщепление, примерно 4 ю часть потомства составляют особи с рецессивными признаками" – это формулировка:

A. Закона Моргана;
B. Первого закона Менделя;
C. Второго закона Менделя;
D. Правила Менделя.

Вариант 2

1. Генетика занимается изучением:

A. Процессов жизнедеятельности организмов;
B. Классификацией организмов;
C. Закономерностей наследственности и изменчивости организмов;
D. Взаимосвязей организмов и среды обитания.

2. Наследственность – это свойство организмов:

А. Взаимодействовать со средой обитания;
B. Реагировать на изменение окружающей среды;
С. Передавать свои признаки и особенности развития потомству;
D. Приобретать новые признаки в процессе индивидуального развития.

3. Гены, расположенные в молекуле ДНК, представляют собой:

А. Вещество, содержащее богатые энергией связи;
В. Материальные основы наследственности;
C. Вещества, которые ускоряют химические реакции в клетке;
D. Полипептидную цепь, выполняющую многие функции в клетке.

4. Генотип – это совокупность:

А. Генов, полученная потомством от родителей;
В. Внешних признаков организма;
С. Внутренних признаков организма;
D. Реакций организма на воздействие среды.

5. Скрещивание особей, отличающихся по одной паре признаков, называют:

А. Полигибридным;
В. Анализирующим;
С. Дигибридным;
D. Моногибридным.

6. Признак, который у особи внешне не проявляется, называют:

А. Рецессивным;
В.Доминантным;
С Промежуточным;
D.Модификацией.

Ответы:

IV. Подведение итогов

Объяснение выполнения домашнего задания.