Wyślij swoją dobrą pracę w bazie wiedzy jest prosta. Skorzystaj z poniższego formularza

Studenci, doktoranci, młodzi naukowcy, którzy korzystają z bazy wiedzy w swoich studiach i pracy, będą Wam bardzo wdzięczni.

FEDERALNA PAŃSTWOWA INSTYTUCJA EDUKACYJNA

WYŻSZE WYKSZTAŁCENIE ZAWODOWE

Wydział Ekonomii

Katedra Filozofii

KONTROLA INDYWIDUALNA

O DYSCYPLINIE „PODJĘCIE WSPÓŁCZESNEJ NAUKI PRZYRODNICZEJ”

1. Główne problemy genetyki i rola rozrodu w rozwoju organizmów żywych

2. Rola komórki w rozwoju organizmu żywego

3. Jakie odkrycie w naukach przyrodniczych miało miejsce w 1955 roku i jaka jest jego istota?

Literatura

Pytanie 1. Główne problemy genetyki i rola wprodukcja w rozwoju życia

Genetyka (z greckiego genesis - pochodzenie), nauka o dziedziczności i zmienności organizmów żywych oraz metodach zarządzania nimi. Przez tysiące lat człowiek wykorzystywał metody genetyczne do ulepszania zwierząt domowych i roślin uprawnych, nie rozumiejąc mechanizmów leżących u podstaw tych metod. Wybierając pewne organizmy z naturalnych populacji i krzyżując je ze sobą, człowiek stworzył ulepszone odmiany roślin i ras zwierząt, które posiadały potrzebne mu właściwości.

Jednak dopiero na początku XX wieku. naukowcy zaczęli w pełni zdawać sobie sprawę ze znaczenia praw dziedziczności i jej mechanizmów. Chociaż postęp w mikroskopii umożliwił ustalenie, że cechy dziedziczne są przekazywane z pokolenia na pokolenie przez plemniki i komórki jajowe, nadal nie było jasne, w jaki sposób najmniejsze cząstki protoplazmy mogą przenosić „składniki” ogromnej gamy cech, które składają się na każdą osobę. organizm.

Pierwszy prawdziwie naukowy krok naprzód w badaniu dziedziczności zrobił austriacki mnich Gregor Mendel, który w 1866 roku opublikował artykuł, który położył podwaliny pod współczesną genetykę.

Termin „genetyka” został zaproponowany w 1906 roku przez W. Batsona.

Od tego czasu genetyka poczyniła wielkie postępy w wyjaśnianiu natury dziedziczności zarówno na poziomie organizmu, jak i genu. Rola genów w rozwoju organizmu jest ogromna. Geny charakteryzują wszystkie oznaki przyszłego organizmu, takie jak kolor oczu i skóry, rozmiar, wagę i wiele innych. Geny są nośnikami dziedzicznej informacji, na podstawie której rozwija się organizm.

W zależności od przedmiotu badań wyróżnia się genetykę roślin, genetykę zwierząt, genetykę mikroorganizmów, genetykę człowieka itp., A w zależności od metod stosowanych w innych dyscyplinach, genetykę biochemiczną, genetykę molekularną, genetykę ekologiczną itp.

Idee i metody genetyki stosowane są we wszystkich dziedzinach działalności człowieka związanej z organizmami żywymi. Mają one ogromne znaczenie w rozwiązywaniu problemów w medycynie, rolnictwie i przemyśle mikrobiologicznym. Zainteresowanie genetyką człowieka wynika z kilku powodów. Po pierwsze, naturalnym pragnieniem człowieka jest poznanie samego siebie. Po drugie, po pokonaniu wielu chorób zakaźnych - dżumy, cholery, ospy itp. - wzrósł względny udział chorób dziedzicznych. Po trzecie, po zrozumieniu natury mutacji i ich znaczenia w dziedziczności stało się jasne, że mutacje mogą być spowodowane czynnikami środowiskowymi, na które wcześniej nie zwrócono należytej uwagi. Rozpoczęły się intensywne badania wpływu promieniowania i chemikaliów na dziedziczność. Z roku na rok coraz więcej związków chemicznych znajduje zastosowanie w życiu codziennym, rolnictwie, przemyśle spożywczym, kosmetycznym, farmaceutycznym i innych obszarach działalności, wśród których wykorzystuje się wiele mutagenów.

W związku z tym można wyróżnić następujące główne problemy genetyki:

1. Hchoroby dziedziczne i ich przyczyny - może być spowodowane zaburzeniami w poszczególnych genach, chromosomach lub zestawach chromosomów. Po raz pierwszy w przypadku zespołu Downa odkryto związek między nieprawidłowym zestawem chromosomów a ostrymi odchyleniami od prawidłowego rozwoju. Oprócz zaburzeń chromosomalnych choroby dziedziczne mogą być spowodowane zmianami informacji genetycznej bezpośrednio w genach.

2. Medyczne laboratoria genetyczne. Znajomość genetyki człowieka umożliwia określenie prawdopodobieństwa urodzenia dzieci cierpiących na choroby dziedziczne w przypadkach, gdy jeden lub oboje małżonkowie są chorzy lub oboje rodzice są zdrowi, ale u ich przodków stwierdzono choroby dziedziczne. W niektórych przypadkach można przewidzieć narodziny drugiego zdrowego dziecka, jeśli pierwsze było chore.

3. Czy zdolności są dziedziczone? Naukowcy uważają, że każdy człowiek ma ziarno talentu. Talent rozwija się dzięki ciężkiej pracy. Genetycznie człowiek jest bogatszy w swoje możliwości, ale nie w pełni je realizuje w swoim życiu. Do tej pory wciąż nie ma metod ujawniania prawdziwych zdolności człowieka w procesie jego dzieciństwa i wychowania, a zatem często nie są zapewnione odpowiednie warunki do ich rozwoju.

4. Czy dobór naturalny działa w społeczeństwie ludzkim? Historia ludzkości to zmiana struktury genetycznej populacji gatunku Homo sapiens pod wpływem czynników biologicznych i społecznych. Wojny, epidemie zmieniły pulę genów ludzkości. Dobór naturalny nie osłabł w ciągu ostatnich 2000 lat, a jedynie się zmienił: nałożył się na niego dobór społeczny.

5. Inżynieria genetyczna wykorzystuje najważniejsze odkrycia genetyki molekularnej do opracowywania nowych metod badawczych, pozyskiwania nowych danych genetycznych, a także w działalności praktycznej, w szczególności w medycynie.

6. Korekta podłogi. Operacje zmiany płci zaczęto w naszym kraju wykonywać około 30 lat temu wyłącznie ze względów medycznych.

7. Przeszczep narządu od dawców - bardzo trudna operacja, po której następuje równie trudny okres wszczepienia przeszczepu. Bardzo często przeszczep jest odrzucany, a pacjent umiera. Naukowcy mają nadzieję, że problemy te można rozwiązać za pomocą klonowania.

8. Klonowanie - metoda inżynierii genetycznej, w której potomstwo uzyskuje się z komórki somatycznej przodka, a zatem ma dokładnie ten sam genom. Klonowanie zwierząt rozwiązuje wiele problemów w medycynie i biologii molekularnej, ale jednocześnie stwarza wiele problemów społecznych.

9. Deformacje. Rozwój nowej żywej istoty odbywa się zgodnie z kodem genetycznym zapisanym w DNA, zawartym w jądrze każdej komórki organizmu. Czasami pod wpływem czynników środowiskowych - radioaktywnych, promieni ultrafioletowych, chemikaliów - następuje naruszenie kodu genetycznego, pojawiają się mutacje, odchylenia od normy.

10. Genetyka i kryminalistyka. W praktyce sądowej znane są przypadki ustalenia pokrewieństwa, gdy w szpitalu położniczym pomieszano dzieci. Czasami dotyczyło to dzieci, które dorastały w obcych rodzinach dłużej niż rok. W celu ustalenia pokrewieństwa stosuje się metody badania biologicznego, które przeprowadza się, gdy dziecko ma 1 rok i układ krwionośny się stabilizuje. Opracowano nową metodę - pobieranie odcisków palców genów, która umożliwia analizę na poziomie chromosomów. W tym przypadku wiek dziecka nie ma znaczenia, a związek jest nawiązany ze 100% gwarancją.

Wszystkie etapy życia każdej żywej istoty są ważne, także dla człowieka. Wszystkie sprowadzają się do cyklicznej reprodukcji pierwotnego żywego organizmu. I ten proces cyklicznej reprodukcji rozpoczął się około 4 miliardów lat temu.

Rozważmy jego cechy. Z biochemii wiadomo, że wiele reakcji cząsteczek organicznych jest odwracalnych. Na przykład aminokwasy są syntetyzowane w cząsteczki białka, które można rozłożyć na aminokwasy. Oznacza to, że pod wpływem jakichkolwiek wpływów zachodzą zarówno reakcje syntezy, jak i reakcje rozszczepienia. W żywej naturze każdy organizm przechodzi przez cykliczne etapy dzielenia pierwotnego organizmu i rozmnażania się z oddzielonej części nowej kopii pierwotnego organizmu, która następnie ponownie daje początek zarodkowi do reprodukcji. Z tego powodu interakcje w żywej przyrodzie trwają nieprzerwanie przez miliardy lat. Właściwość reprodukcji z rozszczepionych części pierwotnego organizmu jego kopii jest określona przez fakt, że kompleks cząsteczek jest przenoszony do nowego organizmu, który całkowicie kontroluje proces odtwarzania kopii. Proces rozpoczął się od samoreprodukcji kompleksów molekuł. I ta ścieżka jest całkiem dobrze ustalona w każdej żywej komórce. Naukowcy od dawna zwracali uwagę na fakt, że w procesie embriogenezy powtarzają się etapy ewolucji życia. Ale wtedy należy zwrócić uwagę na fakt, że w głębi komórki, w jej jądrze, znajdują się cząsteczki DNA. To najlepszy dowód na to, że życie na Ziemi zaczęło się od reprodukcji kompleksów molekuł, które miały właściwość najpierw rozszczepiania podwójnej helisy DNA, a następnie zapewniania procesu odtwarzania podwójnej helisy. Jest to proces cyklicznej rekonstrukcji żywego obiektu za pomocą cząsteczek, które zostały przeniesione w momencie rozszczepienia i które całkowicie kontrolowały syntezę kopii oryginalnego obiektu. Więc definicja życia wyglądałaby tak.

Życie jest rodzajem oddziaływań materii, których główną różnicą od znanych typów oddziaływań jest przechowywanie, gromadzenie i kopiowanie obiektów, które wprowadzają pewność w te oddziaływania i przenoszą je z przypadkowych na regularne, podczas gdy cykliczna reprodukcja pojawia się żywy obiekt.

Każdy żywy organizm ma genetyczny zestaw cząsteczek, który całkowicie determinuje proces odtwarzania kopii oryginalnego obiektu, to znaczy w obecności niezbędnych składników odżywczych z prawdopodobieństwem jednego, w wyniku interakcji kompleksu cząsteczek , zostanie odtworzona kopia żywego organizmu. Ale dostarczanie składników odżywczych nie jest gwarantowane, występują również szkodliwe wpływy zewnętrzne i zakłócenia interakcji w komórce. Dlatego całkowite prawdopodobieństwo odtworzenia kopii jest zawsze nieco mniejsze niż jeden.

Tak więc z dwóch organizmów lub żywych obiektów organizm, który ma większe całkowite prawdopodobieństwo zaimplementowania wszystkich niezbędnych interakcji, zostanie skopiowany wydajniej. Takie jest prawo ewolucji żywej natury. Innymi słowy, można to również sformułować w następujący sposób: im więcej interakcji niezbędnych do skopiowania obiektu jest kontrolowanych przez sam obiekt, tym większe prawdopodobieństwo jego cyklicznej reprodukcji.

Oczywiście, jeśli całkowite prawdopodobieństwo wszystkich oddziaływań wzrasta, to dany obiekt ewoluuje, jeśli maleje, to ewolwenta, jeśli się nie zmienia, to obiekt jest w stanie stabilnym.

Najważniejszą funkcją aktywności życiowej jest funkcja autoprodukcji. Innymi słowy, aktywność życiowa to proces zaspokajania przez człowieka potrzeby reprodukcji jego bytu żywego w ramach systemu, w który jest włączony jako element, tj. w warunkach środowiskowych. Przyjmując za wstępną tezę, że aktywność życiowa ma najważniejszą potrzebę reprodukcji swojego podmiotu, jako właściciela ciała ludzkiego, należy zauważyć, że reprodukcja odbywa się dwojako: po pierwsze, w procesie konsumowania materii i energii ze środowiska, a po drugie w procesie rozmnażania biologicznego, czyli narodzin potomstwa. Pierwszy typ realizacji potrzeby w relacji „środowisko-organizm” można wyrazić jako reprodukcję „żywego z nieożywionego”. Człowiek istnieje na ziemi dzięki ciągłemu pobieraniu niezbędnych substancji i energii ze środowiska.

Po pojawieniu się i rozpowszechnieniu życia na Ziemi jego powstanie w chwili obecnej na bazie wyłącznie materii nieorganicznej nie jest już możliwe. Wszystkie żywe systemy, które istnieją teraz na Ziemi, powstają albo na podstawie żywych, albo dzięki żywym. Tak więc, zanim żywy organizm odtworzy się materialnie i energetycznie, musi zostać zreprodukowany biologicznie, to znaczy urodzić się z innego żywego organizmu. Rozmnażanie żywego przez żywego to przede wszystkim przekazywanie z pokolenia na pokolenie materiału genetycznego, który warunkuje u potomstwa zjawisko określonej budowy morfofizjologicznej. Oczywiste jest, że materiał genetyczny nie jest przekazywany z pokolenia na pokolenie samoistnie, jego przekazywanie jest również funkcją życia człowieka.

pytanie 2. Rola komórki w rozwoju organizmów żywych

Po raz pierwszy nazwa „komórka” pojawiła się w połowie XVII wieku. zastosował R. Hooke. Badając cienki skrawek korka pod mikroskopem, Hooke zauważył, że korek składa się z komórek - komórek.

Komórka każdego organizmu jest integralnym żywym systemem. Składa się z trzech nierozerwalnie połączonych części: błony, cytoplazmy i jądra. Powłoka komórkowa bezpośrednio oddziałuje ze środowiskiem zewnętrznym i oddziałuje z sąsiednimi komórkami (w organizmach wielokomórkowych).

Błona komórkowa ma złożoną strukturę. Składa się z warstwy zewnętrznej i błony plazmatycznej znajdującej się pod spodem. Komórki zwierzęce i roślinne różnią się budową warstwy zewnętrznej. U roślin, podobnie jak u bakterii, niebiesko-zielonych alg i grzybów, na powierzchni komórek znajduje się gęsta błona lub ściana komórkowa. W większości roślin składa się z błonnika. Ściana komórkowa pełni niezwykle ważną rolę: jest zewnętrzną ramką, ochronną powłoką, zapewnia turgor komórek roślinnych: woda, sole, cząsteczki wielu substancji organicznych przechodzą przez ścianę komórkową.

Cytoplazma, oddzielona od środowiska zewnętrznego przez błonę plazmatyczną, jest wewnętrznym półpłynnym środowiskiem komórek. Cytoplazma komórek eukariotycznych zawiera jądro i różne organelle. Jądro znajduje się w centralnej części cytoplazmy. Zawiera również różnorodne inkluzje - produkty aktywności komórkowej, wakuole, a także najmniejsze rurki i włókna, które tworzą szkielet komórki. Białka dominują w składzie głównej substancji cytoplazmy. Główne procesy metaboliczne zachodzą w cytoplazmie, która łączy jądro i wszystkie organelle w jedną całość, zapewnia ich interakcję, aktywność komórki jako jednego integralnego żywego systemu.

Cała wewnętrzna strefa cytoplazmy jest wypełniona licznymi małymi kanałami i wnękami, których ściany są błonami o strukturze podobnej do błony plazmatycznej. Kanały te rozgałęziają się, łączą ze sobą i tworzą sieć zwaną retikulum endoplazmatycznym. Główną funkcją ziarnistej retikulum endoplazmatycznego jest udział w syntezie białek, która odbywa się w rybosomach.

Każda komórka jednokomórkowych i wielokomórkowych zwierząt, a także roślin zawiera jądro. Kształt i rozmiar jądra zależy od kształtu i wielkości komórek. Większość komórek ma jedno jądro, a takie komórki nazywane są jednojądrzastymi. Istnieją również komórki posiadające dwa, trzy, kilkadziesiąt, a nawet setki jąder. Są to komórki wielojądrzaste.

Sok jądrowy jest półpłynną substancją, która znajduje się pod błoną jądrową i reprezentuje wewnętrzne środowisko jądra.

W połowie XIX wieku na podstawie już licznej wiedzy o komórce T. Schwann sformułował teorię komórkową (1838). Podsumował dotychczasową wiedzę o komórce i wykazał, że komórka jest podstawową jednostką strukturalną wszystkich żywych organizmów, że komórki zwierząt i roślin mają podobną budowę. Przepisy te były najważniejszym dowodem jedności pochodzenia wszystkich organizmów żywych, jedności całego świata organicznego. T. Schwan wprowadził do nauki prawidłowe rozumienie komórki jako samodzielnej jednostki życia, najmniejszej jednostki życia: poza komórką nie ma życia.

Badanie organizacji chemicznej komórki doprowadziło do wniosku, że to procesy chemiczne leżą u podstaw jej życia, że ​​\u200b\u200bkomórki wszystkich organizmów mają podobny skład chemiczny, mają te same podstawowe procesy metaboliczne. Dane dotyczące podobieństwa składu chemicznego komórek po raz kolejny potwierdziły jedność całego świata organicznego.

Współczesna teoria komórek obejmuje następujące postanowienia:

Komórka jest podstawową jednostką budowy i rozwoju wszystkich żywych organizmów, najmniejszą jednostką życia;

Komórki wszystkich organizmów jednokomórkowych i wielokomórkowych są podobne (homologiczne) pod względem struktury, składu chemicznego, podstawowych przejawów aktywności życiowej i metabolizmu;

Powielanie komórek następuje przez ich podział, a każda nowa komórka powstaje w wyniku podziału komórki pierwotnej (matki);

W złożonych organizmach wielokomórkowych komórki specjalizują się w swoich funkcjach i tworzą tkanki;

Tkanki składają się z narządów, które są ze sobą ściśle połączone i podlegają nerwowym i humoralnym systemom regulacji.

Badanie struktury, składu chemicznego, metabolizmu i wszystkich przejawów życiowej aktywności komórek jest niezbędne nie tylko w biologii, ale także w medycynie i weterynarii.

Pytanie 3.Jakie wydarzenie w naukach przyrodniczych miało miejsce w 1955 roku i jaka jest jego istota?

W 1955 roku Severo Ochoa wyizolował bakteryjny enzym fosforylazę polinukleotydową, za pomocą którego uzyskał syntetyczne kwasy rybonukleinowe (RNA) o różnym składzie zasad azotowych. Osiągnięcie to było kluczem do rozszyfrowania kodu genetycznego.

Do lat dwudziestych ubiegłego wieku ustalono, że chromosomy, składające się z kwasów nukleinowych i białek, są odpowiedzialne za przekazywanie cech dziedzicznych. Później chemicy odkryli, że kwasy nukleinowe i białka to związki wielkocząsteczkowe, polimery o długim łańcuchu.

W 1944 roku stało się wiadome, że dziedziczność znajduje swój materialny lub fizyczny wyraz w strukturach molekularnych kwasów nukleinowych. Informacje dziedziczne zaszyfrowane w chromosomach określają rozmieszczenie atomów w cząsteczkach kwasu dezoksyrybonukleinowego (DNA). Zostało to ustalone przez amerykańskiego bakteriologa O. Avery'ego, który wykazał eksperymentalnie, że cechy dziedziczne mogą być przenoszone z jednej komórki bakteryjnej do drugiej za pomocą oczyszczonego preparatu DNA. Ponieważ DNA znaleziono w chromosomach wszystkich komórek, eksperymenty Avery'ego wykazały, że wszystkie geny składają się z DNA. Zatem wyjaśnienie struktury chemicznej tych cząsteczek może być ważnym krokiem w kierunku zrozumienia, w jaki sposób reprodukowane są geny.

Należy zauważyć, że metoda powstawania DNA w komórkach była wówczas jednym z centralnych problemów biologii i genetyki, jednocześnie zajmowali się nią naukowcy z wielu krajów świata. Odkrycie struktury DNA w 1953 r. zrewolucjonizowało biochemię i doprowadziło do ogromnej liczby nowych badań w innych dziedzinach nauki.
Z pomocą modelu 3D stworzonego przez Watsona i Cricka, naukowcom udało się w końcu zbadać biosyntezę DNA. Odkryli, że cząsteczka DNA jest zwinięta w podwójną helisę, jak spiralne schody. Na zewnątrz tej helisy znajdują się dwie warstwy dezoksyrybozy (węglowodan o pięciu atomach) połączone mostkami fosforanowymi. Te dwie warstwy wewnątrz helisy są połączone parami zasad azotowych („schodki”) połączonych ze sobą wiązaniami wodorowymi. Okazało się, że obie połówki cząsteczki DNA są najpierw oddzielone od siebie jak zamek błyskawiczny. Następnie obok każdej takiej połówki syntetyzowane jest jej lustrzane odbicie. Sekwencja zasad azotowych, czyli nukleotydów (jeden ze składników, na które nukleazy rozszczepiają DNA), służy jako matryca do syntezy nowych cząsteczek.

W ten sposób wykazano, że geny zlokalizowane w chromosomach jądra każdej komórki determinują dziedziczenie cech fizycznych i kontrolują syntezę białek (enzymów). Wyjaśnienie funkcji DNA jako nośnika informacji dziedzicznej zamknęło kwestię kodu genetycznego.

Synteza białek zachodzi, gdy informacja genetyczna jest przekazywana do kwasu rybonukleinowego, który ma podobną strukturę do DNA. Zasadniczo RNA może tworzyć podwójne helisy i pełnić funkcje dziedziczne, takie jak DNA. Ale w większości organizmów RNA spełnia swoje główne funkcje w postaci jednoniciowych cząsteczek. Trzy rodzaje RNA biorą udział w sekwencyjnym włączaniu aminokwasów do cząsteczki białka: informacyjny, rybosomalny i transportowy. Dzięki tym samym właściwościom komplementarności (wzajemnej zgodności w budowie chemicznej dwóch makrocząsteczek) zasad RNA tworzy kopie, czyli „matryce robocze”, z cząsteczek DNA przechowywanych w jądrze komórkowym.

Tak więc do 1957 roku ustalono, że genetyczne instrukcje syntezy białek są zakodowane w sekwencji zasad azotowych w DNA i RNA. Kilka lat później Watson napisał o tej sytuacji w biochemii: „Nawet po tym, jak rola RNA w syntezie białek była w dużej mierze jasna, naukowcy nie byli szczególnie optymistycznie nastawieni do perspektyw rozszyfrowania kodu genetycznego. Założono, że identyfikacja kodonów (dla każdego pojedynczego aminokwasu) będzie wymagać dokładnego ustalenia zarówno sekwencji zasad w genie, jak i sekwencji aminokwasów w produkcie białkowym genu. „Kluczem głównym”, od którego rozpoczęło się szybkie „łamanie” kodu, były polimery syntetyzowane przy użyciu enzymu fosforylazy polinukleotydowej, odkrytej w 1955 roku przez Ochoa i in.

Praca Ochoa po raz pierwszy naprawdę pokazała uniwersalność kodu genetycznego. Stały się podstawą do opracowania metod i kierunków replikacji (powtórzenia) materiału genetycznego komórki.

W 1959 roku naukowiec otrzymał Nagrodę Nobla w dziedzinie fizjologii lub medycyny.

Literatura

1. Chemiczne podstawy dziedziczności. Za. z angielskiego. wyd. IL Knunyants, B.N. Sidorow. M.: Zagraniczny. lit., 1963

2. Ruzawin GI Pojęcie współczesnej nauki przyrodniczej: podręcznik dla szkół wyższych. - M.: UNITI, 2000.

3. Gaisinowicz AK Geneza i rozwój genetyki. -- M., 1988.

4. Gershenzon SM Podstawy współczesnej genetyki. -- Kijów, 1993.

5. Cybernshtern F. Geny i genetyka. -- M.: Wydawnictwo Paragraf, 1995.

Podobne dokumenty

Historia rozwoju, przedmiot cytologii. Główne postanowienia współczesnej teorii komórkowej. Budowa komórkowa organizmów żywych. Cykl życia komórki. Porównanie procesów mitozy i mejozy. Jedność i różnorodność typów komórek. Wartość teorii komórkowej.

streszczenie, dodano 27.09.2009


Twórcy teorii komórki. Cechy archeonów i sinic. Filogeneza organizmów żywych. Budowa komórki eukariotycznej. Ruchliwość i płynność błon. Funkcje aparatu Golgiego. Symbiotyczna teoria pochodzenia organelli półautonomicznych.

prezentacja, dodano 14.04.2014


Autoregulacja aktywności chemicznej komórki, drażliwość i ruchliwość komórki. Podstawowe prawa genetyki, natura i materialne podstawy genu i genotypu. Przykłady dziedziczenia cytoplazmatycznego, genetyka i teoria ewolucji Darwina, główne czynniki.

streszczenie, dodano 13.10.2009


Powstawanie teorii ewolucji, wzorce indywidualnego rozwoju organizmu. Ewolucja organizmów żywych. Teoria Ch. Darwina - dziedziczność, zmienność i dobór naturalny. Specjacja. Rola genetyki we współczesnym nauczaniu ewolucji.

streszczenie, dodano 09.10.2008


prezentacja, dodano 25.11.2015


Cytologia jako nauka o komórkach - jednostkach strukturalnych i funkcjonalnych prawie wszystkich żywych organizmów. Podstawowe założenia teorii komórki. Otwarcie komórki. Podstawowe właściwości żywych komórek. Odkrycie prawa dziedziczności. Osiągnięcia współczesnej cytologii.

test, dodano 28.10.2009


Badanie komórkowej teorii budowy organizmów, głównych metod podziału komórek, metabolizmu i konwersji energii. Analiza cech organizmów żywych, odżywianie autotroficzne i heterotroficzne. Badanie substancji nieorganicznych i organicznych komórki.

streszczenie, dodano 14.05.2011


Translacja komórkowa jako proces biosyntezy białek uwarunkowany matrycowym RNA. Pojęcie kodu genetycznego, jego właściwości. Odchylenia od uniwersalnego kodu genetycznego. Budowa rybosomów, mechanizm wydłużania i terminacji. Białka w ewolucji i ontogenezie.

prezentacja, dodano 21.02.2014


Naukowcy, którzy zostali uhonorowani Nagrodą Nobla za wybitne osiągnięcia w dziedzinie genetyki. Odkrycie przez Morgana funkcji chromosomów jako nośników dziedziczności. Rozszyfrowanie kodu genetycznego przez Jacoba. Badanie mechanizmu onkogennych wirusów Dulbecco.

streszczenie, dodano 29.09.2012


Struktura komórki zwierzęcej. Główne założenia teorii komórki, pojęcie prokariontów i eukariontów. Budowa cytoplazmy i retikulum endoplazmatycznego. Zestaw ludzkich chromosomów. Metody podziału komórki (amitoza, mitoza i mejoza) oraz jej skład chemiczny.

Wstęp………………………………………………………………………3

Rozdział 1. Przedmiot genetyki……………………………………………....4

1.1 Co bada genetyka……………………………………………....4

1.2. Nowoczesne pomysły na temat genu…………………………….5

1.2. Struktura genów……………………………………………………...6

1.4. Problemy i metody badań genetycznych…………………9

1.5. Główne etapy rozwoju genetyki…………………………..11

1.6 Genetyka i człowiek……………………………………………….18

Rozdział 2. Rola rozrodu w rozwoju żywych……………. 23

2.1. Cechy reprodukcji cyklicznej……………23

Wniosek………………………………………………………...27

Spis bibliograficzny wykorzystanej literatury…………….…29

Wstęp

Do pracy na temat „Koncepcje współczesnej nauki przyrodniczej” wybrałem temat „Główne problemy genetyki i rola rozrodu w rozwoju organizmów żywych”, ponieważ genetyka jest jednym z głównych, najbardziej fascynujących i jednocześnie złożone czasowo dyscypliny współczesnych nauk przyrodniczych.

Genetyka, która uczyniła biologię XX wieku ścisłą dyscypliną naukową, nieustannie pobudza wyobraźnię „szerokich warstw” środowiska naukowego i pseudonaukowego nowymi kierunkami i coraz to nowymi odkryciami i osiągnięciami. Przez tysiące lat człowiek wykorzystywał metody genetyczne do ulepszania właściwości użytkowych uprawianych roślin i hodowania wysoce produktywnych ras zwierząt domowych, nie rozumiejąc mechanizmów leżących u podstaw tych metod.

Dopiero na początku  wieku naukowcy zaczęli w pełni zdawać sobie sprawę ze znaczenia praw dziedziczności i jej mechanizmów. Chociaż postęp w mikroskopii umożliwił ustalenie, że cechy dziedziczne są przekazywane z pokolenia na pokolenie przez plemniki i komórki jajowe, nadal nie było jasne, w jaki sposób najmniejsze cząsteczki protoplazmy mogą przenosić „składniki” ogromnej gamy cech, które składają się na każdą osobę. organizm.

Rozdział 1. Przedmiot genetyki

1.1 Co bada genetyka.

Genetyka to nauka o dziedziczności i zmienności organizmów. Genetyka to dyscyplina, która bada mechanizmy i wzorce dziedziczności i zmienności organizmów, metody zarządzania tymi procesami. Ma na celu ujawnienie praw rozmnażania się żywych przez pokolenia, pojawiania się nowych właściwości w organizmach, praw indywidualnego rozwoju jednostki oraz materialnych podstaw historycznych przemian organizmów w procesie ewolucji.

W zależności od przedmiotu badań wyróżnia się genetykę roślin, genetykę zwierząt, genetykę mikroorganizmów, genetykę człowieka itp., A w zależności od metod stosowanych w innych dyscyplinach, genetykę biochemiczną, genetykę molekularną, genetykę ekologiczną itp.

Genetyka wnosi ogromny wkład w rozwój teorii ewolucji (genetyka ewolucyjna, genetyka populacyjna). Idee i metody genetyki stosowane są we wszystkich dziedzinach działalności człowieka związanej z organizmami żywymi. Są ważne dla rozwiązywania problemów w medycynie, rolnictwie i przemyśle mikrobiologicznym. Najnowsze osiągnięcia genetyki związane są z rozwojem inżynierii genetycznej.

We współczesnym społeczeństwie kwestie genetyczne są szeroko dyskutowane przez różnych odbiorców iz różnych punktów widzenia, w tym oczywiście etycznych, z dwóch powodów.

Potrzeba zrozumienia etycznych aspektów korzystania z nowych technologii pojawiała się zawsze.

Różnica okresu nowożytnego polega na tym, że tempo wdrażania pomysłu lub w rezultacie rozwoju naukowego dramatycznie wzrosło.

1.2. Nowoczesne pomysły na temat genu.

Rola genów w rozwoju organizmu jest ogromna. Geny charakteryzują wszystkie oznaki przyszłego organizmu, takie jak kolor oczu i skóry, rozmiar, wagę i wiele innych. Geny są nośnikami dziedzicznej informacji, na podstawie której rozwija się organizm.

Tak jak w fizyce elementarnymi jednostkami materii są atomy, tak w genetyce podstawowymi jednostkami dziedziczności i zmienności są geny. Chromosom każdego organizmu, czy to bakterii, czy człowieka, zawiera długi (setki tysięcy do miliardów par zasad) ciągły łańcuch DNA, wzdłuż którego zlokalizowanych jest wiele genów. Ustalenie liczby genów, ich dokładnego umiejscowienia na chromosomie oraz szczegółowej struktury wewnętrznej, w tym znajomość pełnej sekwencji nukleotydów, jest zadaniem o wyjątkowej złożoności i znaczeniu. Naukowcy z powodzeniem rozwiązują go za pomocą całej gamy metod molekularnych, genetycznych, cytologicznych, immunogenetycznych i innych.

1.2. Struktura genu.

Łańcuch kodowania

Strefa regulacyjna

promotor

Ekson 1

promotor

promotor

promotor

Intron 1

egzon 2

promotor

ekson 3

Intron2

terminatora

i-RNA

Transkrypcja

Łączenie

Dojrzałe mRNA

Według współczesnych koncepcji gen kodujący syntezę pewnego białka u eukariontów składa się z kilku obowiązkowych elementów. (Ryc.) Przede wszystkim jest to obszerne regulacyjny strefa, która ma silny wpływ na aktywność genu w określonej tkance organizmu na pewnym etapie jej indywidualnego rozwoju. Dalej jest promotor bezpośrednio przylegający do elementów kodujących genu -

sekwencja DNA o długości do 80-100 par zasad, odpowiedzialna za wiązanie polimerazy RNA, która dokonuje transkrypcji danego genu. Za promotorem znajduje się strukturalna część genu, która zawiera informacje o pierwszorzędowej strukturze odpowiedniego białka. Ten region dla większości genów eukariotycznych jest znacznie krótszy niż strefa regulatorowa, ale jego długość można mierzyć w tysiącach par zasad.

Ważną cechą genów eukariotycznych jest ich nieciągłość. Oznacza to, że region genu kodującego białko składa się z dwóch rodzajów sekwencji nukleotydowych. Niektóre - eksony - odcinki DNA, które niosą informacje o strukturze białka i są częścią odpowiedniego RNA i białka. Inne – introny – nie kodują struktury białka i nie wchodzą w skład dojrzałej cząsteczki mRNA, chociaż ulegają transkrypcji. Proces wycinania intronów – „niepotrzebnych” odcinków cząsteczki RNA i składania eksonów podczas tworzenia mRNA przeprowadzany jest przez specjalne enzymy i nazywa się splatanie(szycie, łączenie). Egzony są zwykle połączone ze sobą w tej samej kolejności, w jakiej występują w DNA. Jednak nie wszystkie geny eukariotyczne są nieciągłe. Innymi słowy, w niektórych genach, takich jak bakterie, istnieje pełna zgodność sekwencji nukleotydów z pierwotną strukturą kodowanych przez nie białek.

1.3. Podstawowe pojęcia i metody genetyki.

Wprowadźmy podstawowe pojęcia genetyki. Badając wzorce dziedziczenia, krzyżuje się zwykle osobniki, które różnią się od siebie alternatywnymi (wzajemnie wykluczającymi się) cechami (na przykład żółto-zielona, ​​gładka i pomarszczona powierzchnia grochu). Geny warunkujące rozwój cech alternatywnych to tzw alleliczny. Znajdują się one w tych samych loci (miejscach) homologicznych (sparowanych) chromosomów. Alternatywna cecha i odpowiadający jej gen, który pojawia się w mieszańcach pierwszego pokolenia, nazywane są dominującymi, a nie przejawiające się (tłumione) nazywane są recesywnymi. Jeśli oba homologiczne chromosomy zawierają te same geny alleliczne (dwa dominujące lub dwa recesywne), wówczas taki organizm nazywany jest homozygotą. Jeśli różne geny tej samej pary alleli są zlokalizowane w homologicznych chromosomach, wówczas taki organizm nazywa się heterozygota na tym znaku. Tworzy dwa rodzaje gamet, a skrzyżowanie z organizmem o tym samym genotypie powoduje rozszczepienie.

Całość wszystkich genów w organizmie nazywa się genotyp. Genotyp to zestaw genów, które wchodzą ze sobą w interakcje i na siebie wpływają. Na każdy gen wpływają inne genotypy i sam na nie wpływa, więc ten sam gen w różnych genotypach może objawiać się na różne sposoby.

Nazywa się całość wszystkich właściwości i cech organizmu fenotyp. Fenotyp rozwija się na podstawie określonego genotypu w wyniku interakcji z warunkami środowiskowymi. Organizmy, które mają ten sam genotyp, mogą różnić się od siebie w zależności od warunków.

Przedstawiciele dowolnego gatunku biologicznego rozmnażają stworzenia podobne do siebie. Ta właściwość potomków, aby byli podobni do swoich przodków, nazywa się dziedziczność.

Cechy przekazywania informacji dziedzicznej określają procesy wewnątrzkomórkowe: mitoza i mejoza. Mitoza- Jest to proces dystrybucji chromosomów do komórek potomnych podczas podziału komórki. W wyniku mitozy każdy chromosom komórki macierzystej jest duplikowany, a identyczne kopie rozchodzą się do komórek potomnych; w tym przypadku informacja dziedziczna jest całkowicie przekazywana z jednej komórki do dwóch komórek potomnych. Tak przebiega podział komórek w ontogenezie, tj. proces indywidualnego rozwoju. Mejoza- Jest to specyficzna forma podziału komórki, która zachodzi tylko podczas tworzenia się komórek rozrodczych, czyli gamet (plemników i jaj). W przeciwieństwie do mitozy, liczba chromosomów podczas mejozy jest zmniejszona o połowę; tylko jeden z dwóch chromosomów homologicznych z każdej pary dostaje się do każdej komórki potomnej, tak że w połowie komórek potomnych znajduje się jeden homolog, w drugiej połowie - drugi; podczas gdy chromosomy są rozmieszczone w gametach niezależnie od siebie. (Geny mitochondriów i chloroplastów nie przestrzegają prawa równego rozmieszczenia podczas podziału.) Kiedy dwie haploidalne gamety łączą się (zapłodnienie), liczba chromosomów zostaje ponownie przywrócona - powstaje diploidalna zygota, która otrzymała pojedynczy zestaw chromosomów od każdy rodzic.

Pomimo ogromnego wpływu dziedziczności na kształtowanie fenotypu żywego organizmu, spokrewnione osobniki różnią się w mniejszym lub większym stopniu od swoich rodziców. Ta właściwość potomków nazywa się zmienność. Nauka genetyki zajmuje się badaniem zjawisk dziedziczności i zmienności. Tak więc genetyka jest nauką o prawach dziedziczności i zmienności. Zgodnie ze współczesnymi koncepcjami dziedziczność jest właściwością żywych organizmów do przekazywania z pokolenia na pokolenie cech morfologii, fizjologii, biochemii i indywidualnego rozwoju w określonych warunkach środowiskowych. Zmienność- właściwością przeciwną do dziedziczności jest zdolność organizmów potomnych do różnicowania się od rodziców cechami morfologicznymi, fizjologicznymi, biologicznymi i odchyleniami w indywidualnym rozwoju.

Badanie różnic fenotypowych w dowolnej dużej populacji pokazuje, że istnieją dwie formy zmienności - dyskretny i ciągły. Aby zbadać zmienność cechy, takiej jak wzrost u ludzi, konieczne jest zmierzenie tej cechy u dużej liczby osobników w badanej populacji.

Dziedziczność i zmienność realizuje się w procesie dziedziczenia, tj. przy przekazywaniu informacji genetycznej od rodziców do potomstwa za pośrednictwem komórek rozrodczych (podczas rozmnażania płciowego) lub komórek somatycznych (podczas rozmnażania bezpłciowego) Obecnie genetyka jest pojedynczą złożoną nauką, która wykorzystuje zarówno metody biologiczne, jak i fizykochemiczne do rozwiązywania najszerszego zakresu największych problemów biologicznych problemy.

1.4. Problemy i metody badań genetycznych.

Do globalnych fundamentalnych zagadnień współczesnej genetyki należą następujące problemy:

1. Zmienność aparatu dziedzicznego organizmów (mutageneza, rekombinogeneza, zmienność kierunkowa), która odgrywa ważną rolę w hodowli, medycynie i teorii ewolucji.

2. Problematyka środowiskowa związana z genetycznymi konsekwencjami chemicznego i radiacyjnego zanieczyszczenia środowiska otaczającego ludzi i inne organizmy.

3. Wzrost i rozmnażanie komórek oraz ich regulacja, tworzenie zróżnicowanego organizmu z jednej komórki oraz sterowanie procesami rozwojowymi; problem z rakiem.

4. Problem ochrony organizmu, odporności, kompatybilności tkankowej podczas przeszczepiania tkanek i narządów.

5. Problem starzenia się i długowieczności.

6. Pojawianie się nowych wirusów i walka z nimi.

7. Genetyka szczególna różnych typów roślin, zwierząt i mikroorganizmów umożliwiająca identyfikację i izolację nowych genów do wykorzystania w biotechnologii i hodowli.

8. Problematyka produkcyjności i jakości roślin i zwierząt rolniczych, ich odporności na niekorzystne warunki środowiskowe, infekcje i szkodniki.

Aby rozwiązać te problemy, stosuje się różne metody badawcze.

metoda hybrydologiczny Analiza została opracowana przez Gregora Mendla. Metoda ta umożliwia ujawnienie wzorców dziedziczenia poszczególnych cech podczas rozmnażania płciowego organizmów. Jego istota jest następująca: analiza dziedziczenia jest przeprowadzana na oddzielnych niezależnych cechach; śledzone jest przekazywanie tych znaków w wielu pokoleniach; brane jest pod uwagę dokładne ilościowe dziedziczenie każdej alternatywnej cechy i charakter potomstwa każdej hybrydy z osobna.

Metoda cytogenetyczna pozwala na badanie kariotypu (zestawu chromosomów) komórek organizmu oraz identyfikację mutacji genomowych i chromosomalnych.

metoda genealogiczna obejmuje badanie rodowodów zwierząt i ludzi i pozwala ustalić rodzaj dziedziczenia (na przykład dominujący, recesywny) określonej cechy, zygotyczność organizmów i prawdopodobieństwo manifestacji cech w przyszłych pokoleniach. Metoda ta jest szeroko stosowana w hodowli i pracy lekarskich poradni genetycznych.

metoda bliźniacza na podstawie badania manifestacji znaków u bliźniąt jednojajowych i dwuzygotycznych. Pozwala określić rolę dziedziczności i środowiska w kształtowaniu się określonych cech.

Metody biochemiczne badania opierają się na badaniu aktywności enzymów i składu chemicznego komórek, które są uwarunkowane dziedzicznie. Za pomocą tych metod można zidentyfikować mutacje genów i heterozygotycznych nosicieli genów recesywnych.

Metoda ludnościowo-statystyczna pozwala obliczyć częstość występowania genów i genotypów w populacjach.

rozwój i istnienie. Nazywana jest pojedyncza funkcja suszarka do włosów. Cechy fenotypowe obejmują nie tylko cechy zewnętrzne (kolor oczu, włosów, kształt nosa, kolor kwiatów itp.), ale także anatomiczne (objętość żołądka, budowa wątroby itp.), biochemiczne (stężenie glukozy i mocznika w surowicy krwi itp.) .) i inne.

1.5. Główne etapy rozwoju genetyki.

Początków genetyki, jak każdej nauki, należy szukać w praktyce. Genetyka powstała w związku z hodowlą zwierząt domowych i uprawą roślin, a także rozwojem medycyny. Odkąd człowiek zaczął stosować krzyżowanie zwierząt i roślin, stanął przed faktem, że właściwości i cechy potomstwa zależą od właściwości osobników rodzicielskich wybranych do krzyżowania.

Rozwojowi nauki o dziedziczności i zmienności szczególnie mocno sprzyjała teoria pochodzenia gatunków Karola Darwina, która wprowadziła do biologii historyczną metodę badania ewolucji organizmów. Sam Darwin włożył wiele wysiłku w badanie dziedziczności i zmienności. Zebrał ogromną ilość faktów, wyciągnął na ich podstawie szereg trafnych wniosków, ale nie udało mu się ustalić praw dziedziczności. Jemu współcześni, tzw. hybrydyzatorzy, krzyżując różne formy i poszukując stopnia podobieństwa i różnicy między rodzicami a potomstwem, również nie zdołali ustalić ogólnych wzorców dziedziczenia.

Pierwszy prawdziwie naukowy krok naprzód w badaniach nad dziedzicznością uczynił austriacki mnich Gregor Mendel (1822-1884), który w 1866 r. opublikował artykuł, który położył podwaliny pod współczesną genetykę. Mendel wykazał, że dziedziczne skłonności nie mieszają się, ale są przekazywane z rodziców na potomków w postaci dyskretnych (izolowanych) jednostek. Jednostki te, występujące w parach u osobników, pozostają dyskretne i przekazywane są kolejnym pokoleniom w gametach męskich i żeńskich, z których każda zawiera po jednej jednostce z każdej pary.

Podsumowanie istoty hipotez Mendla

1. Każda cecha danego organizmu jest kontrolowana przez parę alleli.

2. Jeśli organizm zawiera dwa różne allele dla danej cechy, to jeden z nich (dominujący) może się ujawnić, całkowicie tłumiąc manifestację innej cechy (recesywny).

3. Podczas mejozy każda para alleli jest dzielona (podział), a każda gameta otrzymuje po jednym z każdej pary alleli (zasada podziału).

4. Podczas tworzenia się gamet męskich i żeńskich, każdy allel z jednej pary może dostać się do każdej z nich razem z dowolnym allelem z drugiej pary (zasada niezależnej dystrybucji).

5. Każdy allel jest przekazywany z pokolenia na pokolenie jako odrębna jednostka, która się nie zmienia.

6. Każdy organizm dziedziczy po jednym allelu (dla każdej cechy) od każdego z osobników rodzicielskich.

Dla teorii ewolucji zasady te miały kardynalne znaczenie. Odkryli jedno z najważniejszych źródeł zmienności, a mianowicie mechanizm utrzymywania sprawności cech gatunku przez wiele pokoleń. Gdyby cechy adaptacyjne organizmów, które powstały pod kontrolą selekcji, zostały wchłonięte, zanikły podczas krzyżowania, to postęp gatunku byłby niemożliwy.

Cały późniejszy rozwój genetyki wiązał się z badaniem i rozszerzaniem tych zasad oraz ich zastosowaniem w teorii ewolucji i selekcji.

Na drugim scena Augusta Weismana (1834-1914) wykazali, że komórki rozrodcze są odizolowane od reszty organizmu i dlatego nie podlegają wpływom działającym na tkanki somatyczne.

Pomimo przekonujących i łatwych do zweryfikowania eksperymentów Weismanna, zwycięscy zwolennicy Łysenki w sowieckiej biologii długo zaprzeczali genetyce, nazywając ją weismannizmem-morganizmem. W tym przypadku ideologia wygrała z nauką, a wielu naukowców, takich jak N.I. Wawiłow, zostało stłumionych.

Na trzecim stadium Hugo de Vries (1848-1935) odkrył istnienie dziedzicznych mutacji, które stanowią podstawę dyskretnej zmienności. Zasugerował, że nowe gatunki powstały w wyniku mutacji.

Mutacje to częściowe zmiany w strukturze genu. Jej ostatecznym efektem jest zmiana właściwości białek kodowanych przez zmutowane geny. Cecha, która pojawiła się w wyniku mutacji, nie znika, ale się kumuluje. Mutacje są spowodowane promieniowaniem, związkami chemicznymi, zmianami temperatury i mogą być po prostu przypadkowe.

Na czwartej Thomas Maughan (1866-1945) stworzył chromosomową teorię dziedziczności, zgodnie z którą każdy gatunek biologiczny ma ściśle określoną liczbę chromosomów.

Na piątego etap G. Meller w 1927 r. stwierdził, że genotyp może się zmieniać pod wpływem promieni rentgenowskich. Stąd biorą się indukowane mutacje i to, co później nazwano inżynierią genetyczną, z jej ogromnymi możliwościami i niebezpieczeństwami ingerencji w mechanizm genetyczny.

Na szóstym etap J. Beadle i E. Tatum w 1941 roku ujawnili genetyczne podstawy biosyntezy.

Na siódmym Na scenie James Watson i Francis Crick zaproponowali model molekularnej struktury DNA i mechanizmu jego replikacji. Odkryli, że każda cząsteczka DNA składa się z dwóch łańcuchów polidezoksyrybonukleinowych, spiralnie skręconych wokół wspólnej osi.

W okresie od lat 40. do chwili obecnej dokonano szeregu odkryć (głównie na mikroorganizmach) zupełnie nowych zjawisk genetycznych, które otworzyły możliwości analizy struktury genu na poziomie molekularnym. W ostatnich latach, wraz z wprowadzeniem do genetyki nowych metod badawczych, zapożyczonych z mikrobiologii, odkryliśmy, w jaki sposób geny kontrolują sekwencję aminokwasów w cząsteczce białka.

Przede wszystkim należy powiedzieć, że obecnie w pełni udowodniono, że nośnikami dziedziczności są chromosomy, które składają się z wiązki cząsteczek DNA.

Przeprowadzono dość proste eksperymenty: z zabitych bakterii jednego szczepu, który miał specjalną cechę zewnętrzną, wyizolowano czyste DNA i przeniesiono do żywych bakterii innego szczepu, po czym namnażające się bakterie tego ostatniego uzyskały cechę pierwszego szczepu . Tak liczne eksperymenty pokazują, że to DNA jest nośnikiem dziedziczności.

Obecnie znaleziono podejścia do rozwiązania problemu organizacji kodu dziedzicznego i jego eksperymentalnego dekodowania. Genetyka wraz z biochemią i biofizyką zbliżyła się do wyjaśnienia procesu syntezy białka w komórce i sztucznej syntezy cząsteczki białka. To rozpoczyna zupełnie nowy etap w rozwoju nie tylko genetyki, ale całej biologii jako całości.

Rozwój genetyki do dnia dzisiejszego jest stale powiększającym się zasobem badań nad odrębnością funkcjonalną, morfologiczną i biochemiczną chromosomów. Wiele już zrobiono w tej dziedzinie, wiele już zrobiono i każdego dnia najnowocześniejsza nauka zbliża się do celu - odkrycia natury genu. Do tej pory ustalono szereg zjawisk charakteryzujących naturę genu. Po pierwsze, gen w chromosomie ma właściwość samoreprodukcji (samoreprodukcji); po drugie, jest zdolny do zmian mutacyjnych; po trzecie, jest to związane z pewną strukturą chemiczną kwasu dezoksyrybonukleinowego - DNA; po czwarte kontroluje syntezę aminokwasów i ich sekwencji w cząsteczce białka. W związku z najnowszymi badaniami kształtuje się nowe rozumienie genu jako systemu funkcjonalnego, a wpływ genu na determinowanie cech jest rozpatrywany w integralnym systemie genów - genotypie.

Otwierające się perspektywy syntezy żywej materii przyciągają wielką uwagę genetyków, biochemików, fizyków i innych specjalistów.

W ciągu ostatnich dziesięcioleci genetyka jako nauka przeszła jakościową zmianę: pojawiła się nowa metodologia badań - inżynieria genetyczna, która zrewolucjonizowała genetykę i doprowadziła do szybkiego rozwoju genetyki molekularnej i biotechnologii genetycznie modyfikowanej.

Współczesny rozwój genetyki ogólnej i szczegółowej, genetyki molekularnej i inżynierii genetycznej następuje przy wzajemnym wzbogacaniu idei i metod i jest opracowywany przez analizę czysto genetyczną, tj. uzyskanie mutacji i przeprowadzenie pewnych krzyżówek. Udało się odkryć wiele fundamentalnych praw życia, m.in. już we wczesnych stadiach swojego rozwoju genetyka stała się ścisłą nauką eksperymentalną.

Bez wysoko rozwiniętej genetyki ogólnej i molekularnej nie może być skutecznego postępu w praktycznie żadnej dziedzinie współczesnej biologii, hodowli czy ochrony dziedzicznego zdrowia ludzi.

Równie ważna jest genetyka i inżynieria genetyczna w rozwoju gospodarki narodowej.

Współczesna hodowla wykorzystuje metody mutacji indukowanych i rekombinacji, heterozji, poliploidalności, immunogenetyki, inżynierii komórkowej, odległej hybrydyzacji, markerów białkowych i DNA i innych. Ich wprowadzanie do ośrodków hodowlanych jest niezwykle owocne.

Obecnie przemysłowa synteza mikrobiologiczna szeregu produktów niezbędnych w medycynie, rolnictwie i przemyśle prowadzona jest metodą inżynierii genetycznej. Syntezę innych cennych produktów prowadzi się w hodowlach komórkowych.

Rozwój genetyki drobnoustrojów w dużej mierze determinuje efektywność przemysłu mikrobiologicznego.

Obecnie planowany jest nowy etap w rozwoju inżynierii genetycznej – przejście do wykorzystania jako źródła cennych produktów roślin i zwierząt z przeszczepionymi genami odpowiedzialnymi za syntezę odpowiednich produktów, tj. tworzenie i wykorzystywanie transgenicznych roślin i zwierząt. Tworząc organizmy transgeniczne, zostaną także rozwiązane problemy pozyskiwania nowych odmian roślin i ras zwierząt o zwiększonej produktywności, a także odporności na choroby zakaźne i niekorzystne warunki środowiskowe.

Rozwój inżynierii genetycznej stworzył całkowicie nową podstawę do konstruowania sekwencji DNA potrzebnych naukowcom. Postępy w biologii eksperymentalnej umożliwiły opracowanie metod wprowadzania takich zmodyfikowanych genów do jąder komórek jajowych lub plemników. W rezultacie stało się możliwe uzyskanie zwierzęta transgeniczne, te. zwierzęta niosące obce geny w swoich ciałach.

Jednym z pierwszych przykładów udanego stworzenia zwierząt transgenicznych była produkcja myszy, w których genom wprowadzono szczurzy hormon wzrostu. Niektóre z tych myszy transgenicznych rosły szybko i osiągały rozmiary znacznie większe niż zwierzęta kontrolne.

W Ameryce urodziła się pierwsza na świecie genetycznie zmodyfikowana małpa. Samiec o imieniu Andy urodził się po wprowadzeniu genu meduzy do jaja jego matki. Eksperyment przeprowadzono z małpą rezus, której cechy biologiczne są znacznie bliższe ludziom niż jakiekolwiek inne zwierzęta, które do tej pory poddano eksperymentom z modyfikacją genetyczną. Naukowcy twierdzą, że zastosowanie tej metody pomoże im opracować nowe metody leczenia chorób, takich jak rak piersi i cukrzyca. Jednak według BBC eksperyment spotkał się już z krytyką ze strony organizacji zajmujących się dobrostanem zwierząt, które obawiają się, że badania doprowadzą do cierpienia wielu naczelnych w laboratoriach.

Stworzenie hybrydy człowieka i świni. Jądro jest pobierane z komórki ludzkiej i wszczepiane do jądra jaja świni, które zostało wcześniej uwolnione z materiału genetycznego zwierzęcia. Rezultatem był zarodek, który żył 32 dni, zanim naukowcy postanowili go zniszczyć. Badania prowadzone są, jak zawsze, w szczytnym celu: poszukiwaniu lekarstw na ludzkie choroby. Chociaż próby klonowania ludzi są mile widziane przez wielu naukowców, a nawet przez tych, którzy stworzyli owcę Dolly, trudno będzie powstrzymać takie eksperymenty, ponieważ zasada techniki klonowania jest już znana wielu laboratoriom.

Obecnie zainteresowanie zwierzętami transgenicznymi jest bardzo duże. Wynika to z dwóch powodów. Po pierwsze, pojawiły się szerokie możliwości badania pracy obcego genu w genomie organizmu gospodarza, w zależności od miejsca jego integracji z jednym lub drugim chromosomem, a także struktury strefy regulacyjnej genu. Po drugie, transgeniczne zwierzęta hodowlane mogą mieć praktyczne znaczenie w przyszłości.

Ogromne znaczenie dla medycyny ma rozwój metod prenatalnej diagnostyki defektów genetycznych i tych cech strukturalnych ludzkiego genomu, które przyczyniają się do rozwoju poważnych chorób: nowotworowych, sercowo-naczyniowych, psychicznych i innych.

Zadaniem było stworzenie krajowego i światowego monitoringu genetycznego, tj. śledzenie ładunku genetycznego i dynamiki genów w dziedzictwie ludzi. Będzie to miało ogromne znaczenie dla oceny wpływu środowiskowych mutagenów i kontrolowania procesów demograficznych.

Rozpoczyna się rozwój metod korygowania defektów genetycznych poprzez przeszczep genów (hemoterapia), który będzie rozwijany w latach 90-tych.

Osiągnięcia w dziedzinie badania funkcjonowania różnych genów pozwolą w latach 90. podejść do opracowania racjonalnych metod leczenia nowotworów, chorób układu krążenia, szeregu wirusowych i innych groźnych chorób ludzi i zwierząt.

1.6 Genetyka i człowiek.

W genetyce człowieka istnieje wyraźny związek między badaniami naukowymi a kwestiami etycznymi, a także zależność badań naukowych od etycznego znaczenia ich końcowych wyników. Genetyka posunęła się tak daleko do przodu, że człowiek stoi u progu takiej władzy, która pozwala mu decydować o swoim biologicznym losie. Dlatego wykorzystanie wszystkich potencjalnych możliwości genetyki medycznej jest realne tylko przy ścisłym przestrzeganiu norm etycznych.

Genetyka człowieka, szybko rozwijająca się w ostatnich dziesięcioleciach, dostarczyła odpowiedzi na wiele pytań, którymi ludzie interesują się od dawna: co decyduje o płci dziecka? Dlaczego dzieci wyglądają jak ich rodzice? Jakie objawy i choroby są dziedziczone, a które nie, dlaczego ludzie tak bardzo się od siebie różnią, dlaczego bliskie związki małżeńskie są szkodliwe?

Zainteresowanie genetyką człowieka wynika z kilku powodów. Po pierwsze, naturalnym pragnieniem człowieka jest poznanie samego siebie. Po drugie, po pokonaniu wielu chorób zakaźnych - dżumy, cholery, ospy itp. - wzrósł względny udział chorób dziedzicznych. Po trzecie, po zrozumieniu natury mutacji i ich znaczenia w dziedziczności stało się jasne, że mutacje mogą być spowodowane czynnikami środowiskowymi, na które wcześniej nie zwrócono należytej uwagi. Rozpoczęły się intensywne badania wpływu promieniowania i chemikaliów na dziedziczność. Z roku na rok coraz więcej związków chemicznych znajduje zastosowanie w życiu codziennym, rolnictwie, przemyśle spożywczym, kosmetycznym, farmaceutycznym i innych obszarach działalności, wśród których wykorzystuje się wiele mutagenów.

W związku z tym można wyróżnić następujące główne problemy genetyki.

Choroby dziedziczne i ich przyczyny. Choroby dziedziczne mogą być spowodowane zaburzeniami w poszczególnych genach, chromosomach lub zestawach chromosomów. Po raz pierwszy w przypadku zespołu Downa odkryto związek między nieprawidłowym zestawem chromosomów a ostrymi odchyleniami od prawidłowego rozwoju.

Oprócz zaburzeń chromosomalnych choroby dziedziczne mogą być spowodowane zmianami informacji genetycznej bezpośrednio w genach.

Skuteczne metody leczenia chorób dziedzicznych jeszcze nie istnieją. Istnieją jednak metody leczenia, które łagodzą stan pacjentów i poprawiają ich samopoczucie. Opierają się one głównie na kompensacji defektów metabolicznych spowodowanych zaburzeniami w genomie.

Medyczne laboratoria genetyczne. Znajomość genetyki człowieka umożliwia określenie prawdopodobieństwa urodzenia dzieci cierpiących na choroby dziedziczne w przypadkach, gdy jeden lub oboje małżonkowie są chorzy lub oboje rodzice są zdrowi, ale u ich przodków stwierdzono choroby dziedziczne. W niektórych przypadkach można przewidzieć narodziny drugiego zdrowego dziecka, jeśli pierwsze było chore. Takie prognozowanie jest przeprowadzane w medycznych laboratoriach genetycznych. Powszechne stosowanie poradnictwa genetycznego uratuje wiele rodzin przed nieszczęściem posiadania chorych dzieci.

Czy zdolności są dziedziczone? Naukowcy uważają, że każdy człowiek ma ziarno talentu. Talent rozwija się dzięki ciężkiej pracy. Genetycznie człowiek jest bogatszy w swoje możliwości, ale nie w pełni je realizuje w swoim życiu.
Do tej pory wciąż nie ma metod ujawniania prawdziwych zdolności człowieka w procesie jego dzieciństwa i wychowania, a zatem często nie są zapewnione odpowiednie warunki do ich rozwoju.

Czy dobór naturalny działa w społeczeństwie ludzkim? Historia ludzkości to zmiana struktury genetycznej populacji gatunku Homo sapiens pod wpływem czynników biologicznych i społecznych. Wojny, epidemie zmieniły pulę genów ludzkości. Dobór naturalny nie osłabł w ciągu ostatnich 2000 lat, a jedynie się zmienił: nałożył się na niego dobór społeczny.

Inżynieria genetyczna wykorzystuje najważniejsze odkrycia genetyki molekularnej do opracowywania nowych metod badawczych, pozyskiwania nowych danych genetycznych, a także w działalności praktycznej, w szczególności w medycynie.

Wcześniej szczepionki wytwarzano wyłącznie z zabitych lub osłabionych bakterii lub wirusów zdolnych do indukowania odporności u ludzi poprzez tworzenie specyficznych białek przeciwciał. Takie szczepionki prowadzą do rozwoju silnej odporności, ale mają też wady.

Bezpieczniej jest szczepić czystymi białkami otoczki wirusów - nie mogą się rozmnażać, tk. nie mają kwasów nukleinowych, ale powodują produkcję przeciwciał. Można je uzyskać za pomocą inżynierii genetycznej. Taka szczepionka przeciwko zakaźnemu zapaleniu wątroby (choroba Botkina) została już stworzona - niebezpieczna i nieuleczalna choroba. Trwają prace nad stworzeniem czystych szczepionek przeciwko grypie, wąglikowi i innym chorobom.

Korekta podłogi. Operacje zmiany płci zaczęto w naszym kraju wykonywać około 30 lat temu wyłącznie ze względów medycznych.

Przeszczep narządu. Przeszczepianie narządów od dawców to bardzo skomplikowana operacja, po której następuje równie trudny okres wszczepienia przeszczepu. Bardzo często przeszczep jest odrzucany, a pacjent umiera. Naukowcy mają nadzieję, że problemy te można rozwiązać za pomocą klonowania.

Klonowanie- metoda inżynierii genetycznej, w której potomkowie są pozyskiwani z komórki somatycznej przodka, a zatem mają dokładnie ten sam genom.

Klonowanie zwierząt rozwiązuje wiele problemów w medycynie i biologii molekularnej, ale jednocześnie stwarza wiele problemów społecznych.

Naukowcy widzą perspektywę reprodukcji pojedynczych tkanek lub narządów ciężko chorych osób do późniejszego przeszczepu – w takim przypadku nie będzie problemów z odrzuceniem przeszczepu. Klonowanie może być również wykorzystywane do pozyskiwania nowych leków, zwłaszcza tych uzyskiwanych z tkanek i narządów zwierząt lub ludzi.

Jednak pomimo kuszących perspektyw etyczna strona klonowania budzi niepokój.

Deformacje. Rozwój nowej żywej istoty odbywa się zgodnie z kodem genetycznym zapisanym w DNA, zawartym w jądrze każdej komórki organizmu. Czasami pod wpływem czynników środowiskowych - promieniotwórczych, promieni ultrafioletowych, chemikaliów - następuje naruszenie kodu genetycznego, pojawiają się mutacje, odchylenia od normy.

Genetyka i kryminalistyka. W praktyce sądowej znane są przypadki ustalenia pokrewieństwa, gdy w szpitalu położniczym pomieszano dzieci. Czasami dotyczyło to dzieci, które dorastały w obcych rodzinach dłużej niż rok. W celu ustalenia pokrewieństwa stosuje się metody badania biologicznego, które przeprowadza się, gdy dziecko ma 1 rok i układ krwionośny się stabilizuje. Opracowano nową metodę - pobieranie odcisków palców genów, która umożliwia analizę na poziomie chromosomów. W tym przypadku wiek dziecka nie ma znaczenia, a związek jest nawiązany ze 100% gwarancją.

Rozdział 2. Rola rozrodu w rozwoju żywych.

2.1. Cechy reprodukcji cyklicznej.

Wszystkie etapy życia każdej żywej istoty są ważne, także dla człowieka. Wszystkie sprowadzają się do cyklicznej reprodukcji pierwotnego żywego organizmu. I ten proces cyklicznej reprodukcji rozpoczął się około 4 miliardów lat temu.

Rozważmy jego cechy. Z biochemii wiadomo, że wiele reakcji cząsteczek organicznych jest odwracalnych. Na przykład aminokwasy są syntetyzowane w cząsteczki białka, które można rozłożyć na aminokwasy. Oznacza to, że pod wpływem jakichkolwiek wpływów zachodzą zarówno reakcje syntezy, jak i reakcje rozszczepienia. W żywej naturze każdy organizm przechodzi przez cykliczne etapy dzielenia pierwotnego organizmu i rozmnażania się z oddzielonej części nowej kopii pierwotnego organizmu, która następnie ponownie daje początek zarodkowi do reprodukcji. Z tego powodu interakcje w żywej przyrodzie trwają nieprzerwanie przez miliardy lat. Właściwość reprodukcji z rozszczepionych części pierwotnego organizmu jego kopii jest określona przez fakt, że kompleks cząsteczek jest przenoszony do nowego organizmu, który całkowicie kontroluje proces odtwarzania kopii.

Proces rozpoczął się od samoreprodukcji kompleksów molekuł. I ta ścieżka jest całkiem dobrze ustalona w każdej żywej komórce. Naukowcy od dawna zwracali uwagę na fakt, że w procesie embriogenezy powtarzają się etapy ewolucji życia. Ale wtedy należy zwrócić uwagę na fakt, że w głębi komórki, w jej jądrze, znajdują się cząsteczki DNA. To najlepszy dowód na to, że życie na Ziemi zaczęło się od reprodukcji kompleksów molekuł, które miały właściwość najpierw rozszczepiania podwójnej helisy DNA, a następnie zapewniania procesu odtwarzania podwójnej helisy. Jest to proces cyklicznej rekonstrukcji żywego obiektu za pomocą cząsteczek, które zostały przeniesione w momencie rozszczepienia i które całkowicie kontrolowały syntezę kopii oryginalnego obiektu. Więc definicja życia wyglądałaby tak. Życie jest rodzajem oddziaływań materii, których główną różnicą od znanych typów oddziaływań jest przechowywanie, gromadzenie i kopiowanie obiektów, które wprowadzają pewność w te oddziaływania i przenoszą je z przypadkowych na regularne, podczas gdy cykliczna reprodukcja pojawia się żywy obiekt.

Każdy żywy organizm ma genetyczny zestaw cząsteczek, który całkowicie determinuje proces odtwarzania kopii oryginalnego obiektu. Oznacza to, że w obecności niezbędnych składników odżywczych z prawdopodobieństwem jednego, w wyniku interakcji kompleksu cząsteczek, zostanie odtworzona kopia żywego organizmu. Ale dostarczanie składników odżywczych nie jest gwarantowane, występują również szkodliwe wpływy zewnętrzne i zakłócenia interakcji w komórce. Dlatego całkowite prawdopodobieństwo odtworzenia kopii jest zawsze nieco mniejsze niż jeden. Tak więc z dwóch organizmów lub żywych obiektów organizm, który ma większe całkowite prawdopodobieństwo zaimplementowania wszystkich niezbędnych interakcji, zostanie skopiowany wydajniej. Takie jest prawo ewolucji żywej natury. Innymi słowy, można to również sformułować w następujący sposób: im więcej interakcji niezbędnych do skopiowania obiektu jest kontrolowanych przez sam obiekt, tym większe prawdopodobieństwo jego cyklicznej reprodukcji.

Oczywiście, jeśli całkowite prawdopodobieństwo wszystkich oddziaływań wzrasta, to dany obiekt ewoluuje, jeśli maleje, to ewolwenta, jeśli się nie zmienia, to obiekt jest w stanie stabilnym.

Najważniejszą funkcją aktywności życiowej jest funkcja autoprodukcji. Innymi słowy, aktywność życiowa to proces zaspokajania przez człowieka potrzeby reprodukcji jego bytu żywego w ramach systemu, w który jest włączony jako element, tj. w warunkach środowiskowych. Przyjmując za wstępną tezę, że aktywność życiowa ma najważniejszą potrzebę reprodukcji swojego podmiotu, jako właściciela ciała ludzkiego, należy zauważyć, że reprodukcja odbywa się dwojako: po pierwsze, w procesie konsumowania materii i energii ze środowiska, a po drugie w procesie rozmnażania biologicznego, czyli narodzin potomstwa. Pierwszy typ realizacji potrzeby w relacji „środowisko-organizm” można wyrazić jako reprodukcję „żywego z nieożywionego”. Człowiek istnieje na ziemi dzięki ciągłemu pobieraniu niezbędnych substancji i energii ze środowiska.

W I. Vernadsky w swoim znanym dziele „Biosfera” przedstawił proces życia na Ziemi jako nieustanny obieg materii i energii, w który wraz z innymi stworzeniami musi być włączony człowiek. Atomy i cząsteczki substancji fizycznych, które tworzą ziemską biosferę, były włączane i wyłączane z jej obiegu miliony razy podczas istnienia życia. Ciało człowieka nie jest tożsame z substancją i energią pobieraną ze środowiska zewnętrznego, jest przedmiotem jego aktywności życiowej w określony sposób przetworzonym. W wyniku realizacji potrzeb w zakresie substancji, energii, informacji, z jednego przedmiotu przyrody powstaje inny przedmiot natury, który ma właściwości i funkcje, które w ogóle nie są właściwe przedmiotowi pierwotnemu. Przejawia się to szczególnym typem aktywności tkwiącym w człowieku. Taką aktywność można określić jako potrzebę reprodukcji materiałów i energii. Treścią realizacji tej potrzeby jest wydobywanie środków do życia ze środowiska. Wydobycie w szerokim znaczeniu, zarówno rzeczywiste wydobycie, jak i produkcja.

Ten rodzaj rozmnażania nie jest jedynym niezbędnym do istnienia życia. V.I. Vernadsky napisał, że żywy organizm „umierając, żyjąc i niszcząc, oddaje mu swoje atomy i nieustannie je od niego odbiera, ale żywa substancja objęta życiem zawsze ma początek w żywym”. Drugi rodzaj reprodukcji jest również nieodłączny dla wszystkich żywych istot na Ziemi. Nauka wykazała z wystarczającą pewnością, że bezpośrednie pochodzenie istot żywych z materii nieożywionej na tym etapie rozwoju Ziemi jest niemożliwe.

Po pojawieniu się i rozpowszechnieniu życia na Ziemi jego powstanie w chwili obecnej na bazie wyłącznie materii nieorganicznej nie jest już możliwe. Wszystkie żywe systemy, które istnieją teraz na Ziemi, powstają albo na podstawie żywych, albo dzięki żywym. Tak więc, zanim żywy organizm odtworzy się materialnie i energetycznie, musi zostać zreprodukowany biologicznie, to znaczy urodzić się z innego żywego organizmu. Rozmnażanie żywego przez żywego to przede wszystkim przekazywanie z pokolenia na pokolenie materiału genetycznego, który warunkuje u potomstwa zjawisko określonej budowy morfofizjologicznej. Oczywiste jest, że materiał genetyczny nie jest przekazywany z pokolenia na pokolenie samoistnie, jego przekazywanie jest również funkcją życia człowieka.

Wniosek.

Genetyka to nauka o dziedziczności i zmienności organizmów. Genetyka to dyscyplina, która bada mechanizmy i wzorce dziedziczności i zmienności organizmów, metody zarządzania tymi procesami. Ma na celu ujawnienie praw rozmnażania się żywych przez pokolenia, pojawiania się nowych właściwości w organizmach, praw indywidualnego rozwoju jednostki oraz materialnych podstaw historycznych przemian organizmów w procesie ewolucji. Przedmiotem genetyki są wirusy, bakterie, grzyby, rośliny, zwierzęta i ludzie. Na tle gatunkowym i innej specyfiki, ogólne prawa występują w zjawiskach dziedziczności dla wszystkich żywych istot. Ich istnienie pokazuje jedność świata organicznego.

We współczesnym społeczeństwie kwestie genetyczne są szeroko dyskutowane przez różnych odbiorców iz różnych punktów widzenia, w tym oczywiście etycznych, z dwóch powodów.

Po pierwsze, genetyka wpływa na najbardziej pierwotne właściwości przyrody żywej, jak gdyby na kluczowe pozycje w przejawach życia. Dlatego też postęp medycyny i biologii, a także wszelkie oczekiwania wobec niej, często skupiają się na genetyce. W dużej mierze to skupienie jest uzasadnione.

Po drugie, w ostatnich dziesięcioleciach genetyka rozwija się tak szybko, że rodzi obiecujące prognozy zarówno naukowe, jak i quasi-naukowe. Jest to szczególnie prawdziwe w przypadku genetyki człowieka, której postęp stwarza problemy etyczne bardziej niż w innych obszarach nauk biomedycznych.

W genetyce człowieka istnieje wyraźny związek między badaniami naukowymi a kwestiami etycznymi, a także zależność badań naukowych od etycznego znaczenia ich końcowych wyników. Genetyka posunęła się tak daleko do przodu, że człowiek stoi u progu takiej władzy, która pozwala mu decydować o swoim biologicznym losie. Dlatego wykorzystanie wszystkich potencjalnych możliwości genetyki jest realne tylko przy ścisłym przestrzeganiu norm etycznych.

Genetyka zajmuje ważne miejsce w systemie nauk współczesnych i być może najważniejsze osiągnięcia ostatniej dekady minionego stulecia związane są właśnie z genetyką. Teraz, na początku XXI wieku, otwierają się przed ludzkością perspektywy, które fascynują wyobraźnię. Czy w niedalekiej przyszłości naukowcy będą w stanie wykorzystać gigantyczny potencjał tkwiący w genetyce? Czy ludzkość otrzyma długo oczekiwane wybawienie od chorób dziedzicznych, czy człowiek będzie mógł przedłużyć swoje zbyt krótkie życie, zyskać nieśmiertelność? Obecnie mamy wszelkie powody, by mieć taką nadzieję.

Spis bibliograficzny wykorzystanej literatury:

Artyomov A. Co to jest gen. - Taganrog.: Wydawnictwo "Red Page", 1989.

Biologiczny słownik encyklopedyczny. - M.: Sow. encyklopedia, 1989.

Wernadski VI Struktura chemiczna biosfery Ziemi i jej środowiska - M.: Nauka, 1965.

1. świadomość i procesy poznawcze w formacji żywy... do których są skierowane rozwój I reprodukcja związek z pewną... ekologią populacji i genetyka, matematyczny genetyka. „Nowy... A więc te trzy główny Problemy i wymagają...

2. Genetyka. Notatki z wykładu

   Streszczenie >> Biologia

   ... rola genetyka V rozwój medycyna. Główny odcinki nowoczesne genetyka to: cytogenetyka, molekularna genetyka, mutagenezy, populacyjnej, ewolucyjnej i ekologicznej genetyka ...

Podręcznik jest zgodny z federalnym państwowym standardem edukacyjnym dla średniego (pełnego) ogólnego wykształcenia, jest zalecany przez Ministerstwo Edukacji i Nauki Federacji Rosyjskiej i znajduje się na Federalnej liście podręczników.

Podręcznik adresowany jest do uczniów klas 10 i przeznaczony jest do nauczania przedmiotu w wymiarze 1 lub 2 godzin tygodniowo.

Nowoczesny design, wielopoziomowe pytania i zadania, dodatkowe informacje oraz możliwość równoległej pracy z aplikacją elektroniczną przyczyniają się do efektywnego przyswajania materiału edukacyjnego.

Jakie znaczenie ma selekcja mikroorganizmów dla przemysłu i rolnictwa?

Biotechnologia - jest to wykorzystanie organizmów, systemów biologicznych lub procesów biologicznych w produkcji przemysłowej. Termin „biotechnologia” stał się powszechny od połowy lat siedemdziesiątych. XX wiek, choć ludzkość od niepamiętnych czasów wykorzystywała mikroorganizmy w piekarnictwie i winiarstwie, w produkcji piwa i serowarstwa. Za biotechnologię można uznać każdą produkcję opartą na procesie biologicznym. Inżynieria genetyczna, chromosomowa i komórkowa, klonowanie roślin rolniczych i zwierząt to różne aspekty współczesnej biotechnologii.

Biotechnologia umożliwia nie tylko otrzymywanie ważnych dla człowieka produktów, takich jak antybiotyki i hormon wzrostu, alkohol etylowy czy kefir, ale także tworzenie organizmów o określonych właściwościach znacznie szybciej niż przy użyciu tradycyjnych metod hodowlanych. Istnieją procesy biotechnologiczne do oczyszczania ścieków, przetwarzania odpadów, usuwania wycieków ropy w zbiornikach wodnych i produkcji paliw. Technologie te opierają się na charakterystyce żywotnej aktywności niektórych mikroorganizmów.

Powstające nowoczesne biotechnologie zmieniają nasze społeczeństwo, otwierają nowe możliwości, ale jednocześnie stwarzają pewne problemy społeczne i etyczne.

Inżynieria genetyczna. Wygodnymi przedmiotami biotechnologii są mikroorganizmy, które mają stosunkowo prosty zorganizowany genom, krótki cykl życiowy i szeroką gamę właściwości fizjologicznych i biochemicznych.

Jedną z przyczyn cukrzycy jest brak insuliny w organizmie – hormonu trzustki. Zastrzyki z insuliny wyizolowanej z trzustki świń i bydła ratują miliony istnień ludzkich, ale u niektórych pacjentów prowadzą do rozwoju reakcji alergicznych. Optymalnym rozwiązaniem byłoby zastosowanie insuliny ludzkiej. Dzięki inżynierii genetycznej gen ludzkiej insuliny został wstawiony do DNA Escherichia coli. Bakteria zaczęła aktywnie syntetyzować insulinę. W 1982 roku insulina ludzka stała się pierwszym genetycznie modyfikowanym lekiem.

Ryż. 107. Kraje uprawiające rośliny transgeniczne. Niemal cały obszar upraw transgenicznych zajmują zmodyfikowane genetycznie odmiany czterech roślin: soi (62%), kukurydzy (24%), bawełny (9%) i rzepaku (4%). Odmiany transgenicznych ziemniaków, pomidorów, ryżu, tytoniu, buraków i innych upraw zostały już stworzone

Hormon wzrostu jest obecnie pozyskiwany w podobny sposób. Ludzki gen, wprowadzony do genomu bakterii, zapewnia syntezę hormonu, którego zastrzyki stosuje się w leczeniu karłowatości i przywracaniu wzrostu chorych dzieci do niemal normalnego poziomu.

Podobnie jak w przypadku bakterii, materiał dziedziczny organizmów eukariotycznych można zmieniać za pomocą metod inżynierii genetycznej. Te genetycznie zmodyfikowane organizmy to tzw transgeniczny Lub genetycznie modyfikowane organizmy(GMO).

W naturze istnieje bakteria, która uwalnia toksynę, która zabija wiele szkodliwych owadów. Gen odpowiedzialny za syntezę tej toksyny został wyizolowany z genomu bakterii i zintegrowany z genomem roślin uprawnych. Do tej pory opracowano już odporne na szkodniki odmiany kukurydzy, ryżu, ziemniaków i innych roślin rolniczych. Uprawa takich roślin transgenicznych, które nie wymagają stosowania pestycydów ma ogromne zalety, ponieważ po pierwsze pestycydy zabijają nie tylko szkodliwe, ale i pożyteczne owady, a po drugie wiele pestycydów gromadzi się w środowisku i działa mutagennie na organizmy żywe (ryc. 107).

Jeden z pierwszych udanych eksperymentów nad stworzeniem genetycznie zmodyfikowanych zwierząt przeprowadzono na myszach, do których genomu wprowadzono gen hormonu wzrostu szczura. W rezultacie myszy transgeniczne rosły znacznie szybciej i ostatecznie były dwa razy większe niż normalne myszy. Jeśli to doświadczenie miało znaczenie wyłącznie teoretyczne, to eksperymenty w Kanadzie miały już wyraźne zastosowanie praktyczne. Kanadyjscy naukowcy wprowadzili gen innej ryby do materiału dziedzicznego łososia, który aktywował gen hormonu wzrostu. Spowodowało to, że łosoś rósł 10 razy szybciej i kilkakrotnie przybierał na wadze.

Klonowanie. Tworzenie wielu kopii genetycznych pojedynczego osobnika poprzez rozmnażanie bezpłciowe nazywa się klonowanie. W wielu organizmach proces ten może zachodzić naturalnie, pamiętajmy o rozmnażaniu wegetatywnym u roślin i fragmentacji u niektórych zwierząt (). Jeśli kawałek promienia przypadkowo oderwie się od rozgwiazdy, powstaje z niego nowy pełnoprawny organizm (ryc. 108). U kręgowców proces ten nie zachodzi naturalnie.

Pierwszy udany eksperyment klonowania zwierząt przeprowadził naukowiec Gurdon pod koniec lat 60. XX wiek na Uniwersytecie Oksfordzkim. Naukowiec przeszczepił jądro pobrane z komórki nabłonka jelitowego żaby albinosa do niezapłodnionego jaja zwykłej żaby, której jądro zostało wcześniej zniszczone. Z takiego jajka naukowcowi udało się wyhodować kijankę, która następnie zamieniła się w żabę, będącą dokładną kopią żaby albinosa. W ten sposób po raz pierwszy wykazano, że informacja zawarta w jądrze dowolnej komórki jest wystarczająca do rozwoju pełnoprawnego organizmu.

Ryż. 108. Regeneracja rozgwiazdy z jednej belki

Dalsze badania przeprowadzone w Szkocji w 1996 roku doprowadziły do ​​udanego sklonowania owcy Dolly z komórki nabłonka sutka matki (ryc. 109).

Klonowanie wydaje się być obiecującą metodą w hodowli zwierząt. Na przykład podczas hodowli bydła stosuje się następującą technikę. Na wczesnym etapie rozwoju, gdy komórki zarodka nie są jeszcze wyspecjalizowane, zarodek dzieli się na kilka części. Z każdego fragmentu umieszczonego w matce zastępczej (zastępczej) może rozwinąć się pełnoprawne cielę. W ten sposób można stworzyć wiele identycznych kopii jednego zwierzęcia o cennych cechach.

Do specjalnych celów można również klonować pojedyncze komórki, tworząc hodowle tkankowe, które na odpowiednich podłożach mogą rosnąć w nieskończoność. Klonowane komórki służą jako substytut zwierząt laboratoryjnych, ponieważ można je wykorzystać do badania wpływu różnych substancji chemicznych, takich jak leki, na żywe organizmy.

Klonowanie roślin wykorzystuje unikalną cechę komórek roślinnych. Na początku lat 60. XX wiek po raz pierwszy wykazano, że komórki roślinne, nawet po osiągnięciu dojrzałości i specjalizacji, w odpowiednich warunkach są w stanie dać początek całej roślinie (ryc. 110). Dlatego nowoczesne metody inżynierii komórkowej umożliwiają prowadzenie hodowli roślin na poziomie komórkowym, tj. selekcję nie dorosłych roślin o określonych właściwościach, ale komórki, z których następnie hoduje się pełnoprawne rośliny.

Ryż. 109. Klonowanie owiec Dolly

Etyczne aspekty rozwoju biotechnologii. Zastosowanie nowoczesnych biotechnologii stawia przed ludzkością wiele poważnych pytań. Czy gen wprowadzony do transgenicznych roślin pomidora może migrować i integrować się z genomem, na przykład, bakterii żyjących w jelicie człowieka, gdy owoce są spożywane? Czy transgeniczna uprawa odporna na herbicydy, choroby, suszę i inne stresory, zapylona krzyżowo z pokrewnymi dzikimi roślinami, może przenieść te cechy na chwasty? Czy nie spowoduje to powstania „superchwastów”, które bardzo szybko zaludnią grunty rolne? Czy narybek łososia olbrzymiego przypadkowo dostanie się na otwarte morze i czy zakłóci to równowagę w naturalnej populacji? Czy organizm zwierząt transgenicznych jest w stanie wytrzymać obciążenie, jakie powstaje w związku z funkcjonowaniem obcych genów? I czy człowiek ma prawo przerabiać żywe organizmy dla własnego dobra?

Te i wiele innych zagadnień związanych z tworzeniem organizmów modyfikowanych genetycznie jest szeroko dyskutowane przez ekspertów i opinię publiczną na całym świecie. Powołane we wszystkich krajach specjalne organy regulacyjne i komisje twierdzą, że mimo istniejących obaw nie odnotowano szkodliwego wpływu GMO na przyrodę.

Ryż. 110. Etapy klonowania roślin (na przykładzie marchwi)

W 1996 r. Rada Europy przyjęła Konwencję o prawach człowieka w zakresie wykorzystania technologii genomowych w medycynie. Dokument koncentruje się na etyce korzystania z takich technologii. Twierdzi się, że żadna osoba nie może być dyskryminowana na podstawie informacji o cechach jej genomu.

Wprowadzenie obcego materiału genetycznego do komórek ludzkich może mieć negatywne konsekwencje. Niekontrolowane wstawienie obcego DNA do pewnych części genomu może prowadzić do przerwania genów. Ryzyko stosowania terapii genowej przy pracy z komórkami rozrodczymi jest znacznie większe niż przy pracy z komórkami somatycznymi. Wprowadzenie konstruktów genetycznych do komórek rozrodczych może spowodować niepożądaną zmianę w genomie przyszłych pokoleń. Dlatego w międzynarodowych dokumentach UNESCO, Rady Europy, Światowej Organizacji Zdrowia (WHO) podkreśla się, że jakakolwiek zmiana w ludzkim genomie może być przeprowadzona tylko na komórkach somatycznych.

Ale być może najpoważniejsze pytania pojawiają się w związku z teoretycznie możliwym klonowaniem ludzi. Badania w dziedzinie klonowania ludzi są obecnie zakazane we wszystkich krajach, przede wszystkim ze względów etycznych. Kształtowanie się osoby jako osoby opiera się nie tylko na dziedziczności. Decyduje o tym środowisko rodzinne, społeczne i kulturowe, dlatego przy jakimkolwiek klonowaniu niemożliwe jest odtworzenie osobowości, tak jak niemożliwe jest odtworzenie wszystkich warunków wychowania i edukacji, które ukształtowały osobowość jej pierwowzoru (dawcy jądra ). Wszystkie główne wyznania religijne na świecie potępiają wszelkie ingerencje w proces reprodukcji człowieka, twierdząc, że poczęcie i narodziny muszą nastąpić w sposób naturalny.

Eksperymenty z klonowaniem zwierząt postawiły społeczność naukową przed szeregiem poważnych pytań, od których rozwiązania zależy dalszy rozwój tej dziedziny nauki. Owca Dolly nie była jedynym klonem uzyskanym przez szkockich naukowców. Było kilkadziesiąt klonów i tylko Dolly przeżyła. W ostatnich latach ulepszenia technik klonowania umożliwiły zwiększenie odsetka klonów, które przeżyły, ale ich śmiertelność jest nadal bardzo wysoka. Istnieje jednak problem jeszcze poważniejszy z naukowego punktu widzenia. Pomimo zwycięskich narodzin Dolly jej prawdziwy wiek biologiczny, związane z tym problemy zdrowotne i stosunkowo wczesna śmierć pozostały niejasne. Zdaniem naukowców wykorzystanie jądra komórkowego starszej, sześcioletniej owcy-dawcy wpłynęło na los i zdrowie Dolly.

Konieczne jest znaczne zwiększenie żywotności sklonowanych organizmów, aby dowiedzieć się, czy stosowanie określonych metod wpływa na długość życia, zdrowie i płodność zwierząt. Bardzo ważne jest zminimalizowanie ryzyka wadliwego rozwoju zrekonstruowanej komórki jajowej.

Aktywne wprowadzanie biotechnologii do medycyny i genetyki człowieka doprowadziło do powstania specjalnej nauki - bioetyki. Bioetyka- nauka o etycznym stosunku do wszystkich istot żywych, w tym do ludzi. Etyka wysuwa się teraz na pierwszy plan. Te przykazania moralne, którymi ludzkość kieruje się od wieków, niestety nie dają nowych możliwości, jakie wnosi do życia współczesna nauka. Dlatego ludzie muszą przedyskutować i przyjąć nowe przepisy, które uwzględniają nowe realia życia.

Sprawdź pytania i zadania

1. Co to jest biotechnologia?

2. Jakie problemy rozwiązuje inżynieria genetyczna? Jakie wyzwania wiążą się z badaniami w tej dziedzinie?

3. Jak myślisz, dlaczego wybór mikroorganizmów ma obecnie ogromne znaczenie?

4. Podaj przykłady przemysłowej produkcji i wykorzystania produktów żywotnej aktywności mikroorganizmów.

5. Jakie organizmy nazywamy transgenicznymi?

6. Jaka jest przewaga klonowania nad tradycyjnymi metodami hodowli?

Myśleć! Wykonać!

1. Jakie perspektywy rozwoju gospodarki narodowej otwiera wykorzystanie zwierząt transgenicznych?

2. Czy współczesna ludzkość może obejść się bez biotechnologii? Zorganizuj wystawę lub zrób gazetę ścienną „Biotechnologia: przeszłość, teraźniejszość, przyszłość”.

3. Zorganizuj i poprowadź dyskusję na temat „Klonowanie: wady i zalety”.

4. Podaj przykłady produktów żywnościowych w twojej diecie, które zostały stworzone przy użyciu procesów biotechnologicznych.

5. Wykazać, że biologiczne uzdatnianie wody jest procesem biotechnologicznym.

Praca z komputerem

Zapoznaj się z wnioskiem elektronicznym. Zapoznaj się z materiałem i wykonaj zadania.

Inżynieria komórkowa. w latach 70. ubiegłego stulecia inżynieria komórkowa zaczęła aktywnie rozwijać się w biotechnologii. Inżynieria komórkowa umożliwia tworzenie komórek nowego typu w oparciu o różne manipulacje, najczęściej hybrydyzację, czyli fuzję pierwotnych komórek lub ich jąder. Jądro należące do komórki innego organizmu umieszcza się w jednej z badanych komórek. Tworzą się warunki, w których te jądra łączą się, a następnie następuje mitoza i powstają dwie komórki jednojądrowe, z których każda zawiera mieszany materiał genetyczny. Po raz pierwszy taki eksperyment przeprowadził w 1965 roku angielski naukowiec G. Harris, który połączył komórki ludzkie i mysie. Następnie otrzymano całe organizmy, które są międzygatunkowymi hybrydami uzyskanymi za pomocą inżynierii komórkowej. Takie hybrydy różnią się od hybryd uzyskanych drogą płciową tym, że zawierają cytoplazmę obojga rodziców (przypomnijmy, że podczas normalnego zapłodnienia cytoplazma plemnika nie wnika do komórki jajowej). Fuzja komórek jest wykorzystywana do tworzenia hybryd o użytecznych właściwościach między odległymi gatunkami, które normalnie nie krzyżują się. Możliwe jest również otrzymanie hybryd komórkowych roślin niosących geny cytoplazmatyczne (tj. geny występujące w mitochondriach i plastydach), które zwiększają odporność na różne szkodliwe wpływy.

1. Co jest przedmiotem badań nauki gerontologii? Oceń, jak rozwinięta jest ta nauka w naszym kraju. Czy w Twoim regionie są specjaliści w tej dziedzinie?

2. Jakie cechy osobiste, Twoim zdaniem, powinny mieć osoby pracujące w poradnictwie genetycznym? Wyjaśnij swój punkt widzenia.

3. Co wiesz o zawodach związanych z materiałem z tego rozdziału? Znajdź w Internecie nazwy kilku zawodów i przygotuj krótką (nie więcej niż 7-10 zdań) wiadomość o zawodzie, który zrobił na Tobie największe wrażenie. Wyjaśnij swój wybór.

4. Korzystając z dodatkowych źródeł informacji, dowiedz się, co jest przedmiotem badań embriologa. Gdzie można nabyć taką umiejętność?

5. Jaką wiedzę powinni posiadać specjaliści zaangażowani w prace selekcyjne? Wyjaśnij swój punkt widzenia.

Inżynieria genetyczna - problemy i osiągnięcia

Temat 4. Problemy nauk podstawowych w ekologii i zarządzaniu przyrodą

Współczesne problemy ekologii jako nauki

Współczesne problemy nauk o Ziemi

Geologia

Geografia

3.3. Gleboznawstwo

1. Współczesne problemy biologii jako nauki

Inżynieria genetyczna - problemy i osiągnięcia

Inżynieria genetyczna ( Przedstawione przez... ). Zobacz także Dodatek

Prace nad rekonstrukcją genetyczną, czyli inżynierią genetyczną, rozpoczęto około lat 70. XX wieku, a pierwsze doniesienia o uzyskaniu zmodyfikowanych genetycznie zmodyfikowanych organizmów eukariotycznych pojawiły się w połowie. lata 80.

Jednym z głównych obszarów biotechnologii jest produkcja i wykorzystanie roślin transgenicznych, tj. formy, które niosą w swoim genomie obce geny wbudowane metodami inżynierii genetycznej, które działają normalnie w nowym genomie. Geny zwierząt, ludzi, bakterii i innych roślin, które wytwarzają nowe produkty, są zintegrowane z genomem rośliny. W przyszłości kierunek ten będzie jednym z najbardziej obiecujących pod względem znacznej poprawy cech niezbędnych do selekcji.

Ulepszanie roślin przez transgenezę idzie w następujących kierunkach. Problem rozwiązany najskuteczniej odporność na herbicydy, co jest ważne dla zwalczania chwastów zatykających pola i zmniejszających plony uprawianych roślin. Uzyskano i stosowano odporne na herbicydy odmiany bawełny, kukurydzy, rzepaku, soi, buraków cukrowych, pszenicy i innych roślin.

To wokół tego kierunku transgenezy toczą się obecnie poważne dyskusje na temat negatywnych konsekwencji przenoszenia genów oporności na herbicydy do roślin uprawnych. Omówiono możliwość spontanicznego przenoszenia tych genów na chwasty, ponieważ w pewnych warunkach może zachodzić hybrydyzacja, aw konsekwencji transfer genów między gatunkami uprawnymi a towarzyszącymi im dzikimi krewnymi.

Odporność roślin na szkodniki owadzie to kolejny problem pomyślnie rozwiązany dzięki wprowadzeniu roślin transgenicznych. Najwięcej prac poświęconych temu zagadnieniu poświęcono białku deltaendotoksyny wytwarzanej przez różne szczepy bakterii Bacillus turingensis. Białko to jest toksyczne dla wielu gatunków owadów i jest bezpieczne dla ssaków, w tym ludzi. W obcym im genomie geny bakteryjne zaczęły normalnie funkcjonować i wytwarzać toksynę, która, gdy owady zjadają rośliny, prowadzi do ich śmierci.

Jednym z pierwszych komercyjnych produktów inżynierii genetycznej roślin były słynne transgeniczne pomidory o niemal nieograniczonej trwałości. Otrzymano je w dwóch firmach różnymi metodami. W pierwszym przypadku do pomidorów wprowadzono bloker genu (konstrukt antysensowny) dla enzymu, który odgrywa główną rolę w rozkładzie owoców pomidora. W innym przypadku zablokowany został gen odpowiedzialny za syntezę etylenu, fitohormonu regulującego dojrzewanie owoców. Owoce takich roślin transgenicznych można przechowywać w nieskończoność, aż do wymuszonego traktowania etylenem, kiedy potrzebne są dojrzałe owoce. (Czy wypuszczanie tych pomidorów i konsumpcja do tej pory nie spowodowała żadnych negatywnych skutków?)

Bardzo obiecujące są badania mające na celu pozyskanie z roślin transgenicznych białek, przeciwciał, szczepionek i innych unikalnych składników pochodzenia zwierzęcego dla medycyny i weterynarii. W takich przypadkach do genomu rośliny wprowadzane są ludzkie lub zwierzęce geny, które kontrolują syntezę składników białkowych niezbędnych w medycynie. W ten sposób zakład zamienia się w rodzaj fabryki do produkcji potrzebnych nam produktów. W tym samym planie prowadzone są prace nad przekształceniem zwierząt w dawców niezbędnych dla medycyny i weterynarii białek, enzymów, hormonów, przeciwciał, szczepionek itp. Jednak praca na zwierzętach transgenicznych wiąże się z dużymi trudnościami ze względu na specyfikę obiektu i nadal jest mniej skuteczny niż przez rośliny.

Jeśli oceniamy najnowsze osiągnięcia biotechnologii w aspekcie metodologicznym, to niewątpliwie mówimy o poważnej ingerencji w ewolucyjnie ustalone genomy roślin, zwierząt, a nawet samego człowieka. Wszelka transgeneza, tj. wprowadzenie obcych genów do genomu i ich praca w nim jest poważną rekonstrukcją genetyczną, prowadzącą do powstania nowych funkcji, nowych produktów genomu, które wprowadzają znaczną nierównowagę w ewolucyjnie ustalonych mechanizmach interakcji zarówno wewnątrzgenomowych, jak i zewnętrznych systemy. Ale człowiek jest zmuszony szukać nowych podejść do tworzenia zasadniczo nowych organizmów, które zaspokoją jego potrzeby, ponieważ grozi mu niedobór żywności, ponieważ istnieje zagrożenie dla jego zdrowia i dobrostanu środowiska. Po wyczerpaniu zasobów naturalnych człowiek będzie musiał zacząć tworzyć sztuczne systemy biologiczne, które zapewnią mu niezbędne składniki, ale nie zakłócą równowagi ekologicznej. Wszystkie spory i dyskusje leżą właśnie na tej płaszczyźnie. Pogarsza ich fakt, że nie znamy jeszcze konsekwencji naszej ingerencji w genom, choć badania w tym kierunku prowadzone są intensywnie.

Jeśli możliwe jest przeniesienie pojedynczych genów systematycznie odległych gatunków i sprawienie, by działały z powodzeniem, to dlaczego nie przenieść większych bloków genetycznych - części chromosomów lub całych chromosomów. Dziedzina cytogenetyki, w której rozwiązywane są te problemy, nazywana jest inżynierią chromosomów. Metody i podejścia inżynierii chromosomowej były z powodzeniem rozwijane przez stosunkowo długi czas na roślinach jako najdogodniejszym obiekcie do tych celów. Przeniesienie chromosomów lub ich części z jednego genomu do drugiego jest jeszcze większą reorganizacją genomów. Jak dotąd udało się to tylko u roślin, ale próby, i to już udane, podejmowane są u zwierząt. W tym przypadku nie mówimy o pojedynczych produktach przeniesionych genów, ale o uzyskaniu organizmów, które łączą w sobie wiele cech różnych gatunków.

Jednym z najważniejszych problemów współczesnej nauki przyrodniczej jest problem biologii i genetyki rozwoju organizmu. Zagadką dla badaczy są mechanizmy, które tworzą różne rodzaje komórek, tkanek, narządów, tj. odpowiedzialny za zróżnicowanie układów organizmu, funkcjonujących jako całość. Wielu badaczy zajmuje się tym problemem, skupiając się na genetycznych aspektach różnicowania. Pojawiły się hipotezy, zgromadzono ciekawy materiał faktograficzny. Wydaje się jednak, że problem ten jest na tyle złożony, że jego rozwiązanie zajmie wiele lat. Wynik jej decyzji – zarządzanie procesami rozwojowymi może być niezwykle ważne.

Formacje złośliwe to odchylenia w normalnym procesie rozwoju spowodowane utratą kontroli nad systemami kontrolującymi rozwój, głównie genetycznymi. Jeśli poznamy mechanizmy działania tych systemów, będziemy w stanie je kontrolować i dokonać niezbędnej korekty na tych etapach, które określają normalny typ rozwoju. Istnieją wszelkie powody, by sądzić, że w tej dziedzinie biologii czekają nas najważniejsze odkrycia.

Kolejnym obiecującym kierunkiem rozwoju współczesnej biologii są badania złożone funkcje fizjologiczne i genetyczne organizmu. W przypadku roślin jest to fotosynteza, wiązanie azotu itp. W przypadku zwierząt zachowanie, reaktywność na stres itp. Nie ma potrzeby wyjaśniać, co oznacza fotosynteza dla roślin. Komórki roślin zielonych, niektórych alg i bakterii dzięki energii światła są w stanie syntetyzować związki organiczne. To właśnie poprzez fotosyntezę zachodzi proces samoodtwarzania znacznej części zasobów biologicznych. Obecnie wiele laboratoriów na całym świecie bada ten złożony proces, dzieląc go na osobne ogniwa, aby następnie zrozumieć i odtworzyć ten złożony system jako całość. Szczególnie intensywnie badana jest genetyka fotosyntezy, znanych jest już około stu genów, które kontrolują poszczególne etapy tego procesu.

Innym przykładem złożonej cechy fizjologicznej i genetycznej jest zachowanie zwierząt. Od 50 lat Instytut Cytologii i Genetyki Oddziału Syberyjskiego Rosyjskiej Akademii Nauk prowadzi eksperyment dotyczący udomowienia lisów. W populacji wyjściowej zwierzęta różnicowano ze względu na typy zachowań: agresywne, tchórzliwe, spokojne w stosunku do człowieka, z następczą selekcją z pokolenia na pokolenie. W rezultacie, po ponad 50 pokoleniach selekcji, powstała nowa behawioralna populacja zwierząt. Eksperyment ten odtworzył w skompresowanej formie proces udomowienia dzikich zwierząt, który trwał przez tysiąclecia. Stało się jasne, że najsilniejszym czynnikiem selekcyjnym w udomowieniu dzikich zwierząt było ich zachowanie wobec ludzi. Przeprowadzone prace wykazały, że dziś niezwykle ważne jest modelowanie ogniw procesu ewolucyjnego, aby zbliżyć się do reorganizacji złożonych fizjologicznych funkcji genetycznych – zachowania, odporności na stres itp.

Wąska specjalizacja w biologii doprowadziła obecnie do pewnego osłabienia badań międzypoziomowych, a tym samym do trudności w zrozumieniu danych eksperymentalnych na poziomie populacji ewolucyjnej. Jest to bardzo poważny mankament, ponieważ na tle ogromnej ilości materiału faktograficznego, zwłaszcza planu genetyki molekularnej, często gubi się ewolucyjne znaczenie badanych zjawisk. Zachowanie tradycji badań kompleksowych jest bardzo ważne także dlatego, że oprócz głównego kierunku rozwoju biologii (cząsteczka – komórka – organizm – populacja) pojawia się wiele problemów na styku z innymi naukami. Interpretacja uzyskanych w ten sposób danych jest jeszcze bardziej skomplikowana i wymaga podejścia ogólnoprzyrodniczego. Przykładami takich międzynaukowych programów integracyjnych mogą być:

1) ocena wpływu antropogenicznego (promieniowanie, chemikalia itp.) na organizmy żywe w dużym przedziale czasowym. Naturalnie, aby zbadać ten problem, potrzebne są wysiłki biologów, lekarzy, fizyków, chemików i innych;

2) starożytne badania DNA z próbek archeologicznych sprzed kilku tysięcy lat w celu zbadania wielu aspektów ewolucji i zmienności ludzkiego genomu. Taki program realizują genetycy we współpracy z archeologami i paleontologami;

3) tworzenie technologii bioinformatycznych do badania struktury i funkcji genomu. Te prace, które biolodzy prowadzą wspólnie z matematykami, stają się obecnie priorytetem. Rozszyfrowanie genomów ludzi, zwierząt i roślin to wielotomowe teksty genetyczne, a ich zrozumienie, doprowadzenie do stanu fragmentów odpowiadających genom jest możliwe tylko za pomocą programów komputerowych.

4) badanie chorób dziedzicznych(dzisiaj jest ich już ponad 2 tysiące), składnik genetyczny predyspozycji człowieka do najczęstszych chorób onkologicznych, sercowo-naczyniowych i wielu innych. Jest to również zadanie wielu nauk.

Listę powiązanych problemów i interdyscyplinarnych, międzynaukowych programów można by kontynuować.