Современный образ науки - раздел Биология, ГЕНЕТИКА Генетика — Важнейшая Область Современной Биологии, И Для Того, Чтобы Лучше По...
Генетика — важнейшая область современной биологии, и для того, чтобы лучше понять ее, нужно сначала уяснить, что такое наука в целом. Наука — это разновидность человеческой деятельности, важная составляющая общечеловеческой культуры. Сбор и обработку информации, пожалуй, можно назвать одной из основных черт деятельности человека как вида. Помимо других целей, мы, авторы данной книги, ставили перед собой задачу показать, как делается наука, какой это мощный и увлекательный вид деятельности. Однако важно не забывать о том, что культура подразумевает и другие виды деятельности, которые, ни в каком случае нельзя назвать наукой.
Хотя наука, прежде всего, ориентирована на познание естественного мира, с начала своего развития она ставила себе идеалом облагодетельствование человечества и поэтому всегда стремилась к контролю над природой, повышению качества жизни. К тому времени, когда были записаны книги Ветхого Завета, человек уже имел некоторый свод упорядоченных знаний о природе, отраженный в известных заповедях, имевших далеко идущие последствия для цивилизации:
Плодитесь и размножайтесь, и наполняйте землю, и обладайте ею, и владычествуйте над рыбами морскими, и над птицами небесными, и над всяким животным, пресмыкающимся по земле (Быт. 1:28).
Очевидно, что первая заповедь содержит указания на будущий демографический взрыв. Другая заповедь утверждает роль человека в иудео-христианской традиции: он должен стать властителем природы.
Как мы увидим в гл. 2, интерес человека к генетике можно проследить до времен неолита (9000— 7000 лет до н. э.), когда люди начали приручать животных и одомашнивать растения. Вскоре они поняли, что улучшить свойства растений и животных можно посредством искусственного отбора. Результаты настолько поразили их воображение, что возникла идея улучшения и человеческого рода. Плутарх пишет, что в древнегреческой Спарте законодатель Ликург учредил особые советы, которые следили за тем, чтобы у супругов рождались дети, подходящие под спартанские представления о должном развитии. Младенцев, не прошедших проверку, оставляли умирать у подножия горы Тайгет. Даже такой мудрец, как Сократ, живший в Афинах, в этой интеллектуальной и культурной столице Древней Греции, говорил, что если люди с усердием разводят охотничьих собак и птиц, то государство тем более должно следить за улучшением породы своих граждан. И хотя на практике эти идеи никогда не получали широкого распространения, продолжающиеся несколько тысячелетий споры свидетельствуют о том, что человечество не прекращает стремиться к совершенству. К этому вопросу мы вернемся в гл. 15. Преобразовывать и совершенствовать природу невозможно без знаний. Английский философ XVII века Фрэнсис Бэкон в своем известном изречении «Знание — сила» выразил мысль, что научное знание, подкрепленное техническими достижениями, способно стать могущественной силой, ведущей человечество по пути прогресса. Прогресс же, по Бэкону, измеряется степенью следования библейской заповеди о владычестве человека над природой. И хотя современные исследователи несколько преувеличивают роль Бэкона в развитии науки, его представления об экспериментальном методе и концепция прогресса оказали огромное влияние на членов Королевского общества (основанного в 1662 году). Идеи Бэкона послужили базисом для так называемой научной революции и важной составляющей философского осмысления науки.
Сегодня главной действующей силой общества стало техническое применение научных идей. В зависимости от темперамента люди зачастую высказывают диаметрально противоположные взгляды на современную науку: либо они приветствуют науку и относятся к ней как к своего рода религии, либо в страхе отвергают ее. В пьесе Роджерса и Хаммерштейна «Король и я» король Сиама, решивший модернизировать свою страну, поддерживает многие начинания только потому, что они «научные», и критикует предложения англичанки Анны за то, что они «не научные». Составители реклам часто расхваливают свою продукцию в соответствии с традицией считать «научное» хорошим, достойным восхищения. Некоторые ученые и общественные деятели всячески поддерживают направление мысли, называемое сциентизмом: наука может все и способна дать ответы на все волнующие человечество вопросы. Они даже пытаются найти формулы чувств и красоты, исследуют произведения искусства при помощи компьютерных программ, объясняют красоту солнечного заката особой циркуляцией электрического тока в нейронах и т. д. Дай им волю — и они станут ограничивать любое проявление неординарности и оригинальности, лечить «отклоняющихся от нормы» химическими препаратами и электродами, контролировать воспроизводство населения методами искусственного отбора.
Боготворить науку, конечно, глупо. Человеческая деятельность не ограничена поиском ответов на вопросы и получением знаний. Различные виды человеческой деятельности можно изобразить следующим образом:
Категория «наука» — это всего лишь один из многочисленных видов человеческой деятельности. Многие критики науки твердят о том, что наука имеет свои пределы, однако с помощью приведенной диаграммы можно показать, что хотя каждый вид деятельности и имеет свои границы, пределов нет ни у одного из них. Нет пределов и у нашей возможности описывать, исследовать и понимать закономерности окружающего мира, а именно этим и занимается наука. Мы же не утверждаем, будто есть пределы у искусства, постоянно творящего новые формы прекрасного. Обе эти области, между прочим, тесно связаны между собой. Искусство может черпать вдохновение из области науки, ориентироваться на новые открытия и на новое понимание мира; в то же время многое в науке можно назвать искусством, например чувство прекрасного и озарение, связанные с открытием новых идей. Две эти сферы в чем-то даже составляют единое целое, что видно на примере того, как Леонардо да Винчи исследовал конструкцию человеческого тела, а Сезанн и импрессионисты — природу света и пространства в живописи. Однако это два разных вида деятельности, имеющие свои сферы применения. Ни один вид деятельности не может заменить собой другой. Как искусство, так и наука обогащают повседневную жизнь человека, но подменить ее собой никогда не смогут. Даже если мы поймем, что происходит в нашей нервной системе, когда мы смотрим на закат, слушаем музыку или испытываем любовь к другому человеку, даже если мы прочитаем все книги и посмотрим все картины, посвященные этим чувствам, мы не утратим желания любоваться закатом, слушать музыку или любить.
На диаграмме можно было бы показать еще одну «полосу», под названием «мораль» или «этика». В этой области задают особо трудные вопросы — не «Что делают люди и почему?», а «Нужно ли это делать и зачем?» Взаимодействие этой сферы и сферы науки довольно сложное, и именно оно составляет одну из основных тем данной книги. Мы постараемся показать, как вопросы морали оказывают влияние на научные исследования и как достижения в области науки порождают новые этические вопросы и даже новые нравственные проблемы. Мы не можем разрешить здесь эти проблемы и дать ответы на все вопросы, однако мы по крайней мере попытаемся изложить их в упорядоченном виде и обратить внимание читателей на самые важные из них.
Итак, ясно, что мы не сторонники сциентизма. Мы отводим науке равноправное место среди других видов человеческой деятельности. Но как быть с противоположным явлением, то есть с полным отрицанием всех научных достижений? Наука и техника радикально изменили мир. Люди, родившиеся более 60 лет назад, росли в обществе, которое не знало реактивных самолетов, ДДТ, пластика, телевидения, ядерных бомб, транзисторов, лазеров, компьютеров, спутников, противозачаточных таблеток, пересадок сердца, дородовой диагностики, вакцины от полиомиелита. За последние несколько десятилетий на нас обрушился такой поток информации и новых технологий, что некоторые критики утверждают, будто человечество не способно с ним справиться, как не справились бы неандертальцы с неожиданно свалившимся на них огнестрельным оружием. В каком-то смысле идеал Бэкона привел нас в такой же пугающий мир хаоса, каким он был на заре человеческого сознания. Наука, казалось бы, одержала победу над невежеством, преобразила жизнь человечества, но вместе с тем и лишила ее некоторого очарования, не дав ответов на основные нравственные вопросы. Ранее в трудных ситуациях люди обращались к богам, жрецам и священникам. Сегодня же те, к кому мы обращаемся за объяснениями и от кого ожидаем помощи в покорении природы, — вовсе не боги, а ученые, такие же смертные, способные ошибаться, как и мы. Странно, но вполне объяснимо, что в мире, в котором ведущую роль играет наука, многие отворачиваются от нее и обращаются к различным предрассудкам и псевдорелигиям. Несмотря на все достижения в физике и минералогии, они верят в астрологию и таинственную силу кристаллов. В эпоху развития физиологии и молекулярной биологии они верят в альтернативную медицину — от иридологии до рефлексологии.
По той же иронии судьбы наука, которая, по мнению Бэкона, должна была восславить творения Бога, обернулась величайшей угрозой для официальной религии. Коперник, Кеплер и Галилео Галилей вымостили дорогу последующему отрицанию религии, доказав, что Земля не является центром мироздания. Геологи отодвигали начало времен все дальше и дальше, пока дата сотворения мира, по епископу Джеймсу Ашеру (23 октября 4004 г. до н. э.), не стала казаться смешной. Эволюционная теория Чарльза Дарвина разрушила библейскую легенду о Творце. Церковь, вооруженная священными книгами и откровением вместо знания, решила сражаться, несмотря на все научные наблюдения, доказательства и эксперименты. Проиграв бой, она лишилась и своего авторитета, создав духовный вакуум, в котором ученые продолжают настаивать на своей важной обязанности контролировать и покорять природу. Трагично то, что церковь вынуждена была вступить в бой в той сфере, для которой она никогда не предназначалась, точно так же, как и наука не была предназначена для того, чтобы давать ответы на этические вопросы. Самое частое обвинение науки заключается в том, что она существует в культурном вакууме и не задумывается о социальных последствиях открытий. Для такой критики типично следующее высказывание:
Современная наука на удивление лишена сколько-нибудь серьезного интереса к основным вопросам — таким, например, как вопрос о средствах и цели. Ее крайний инструментализм выражается в стремлении контролировать и подчинять себе природу, что практически является самоцелью2.
Часто такая критика оказывается правомерной, по крайней мере если речь идет об отдельных исследователях, стремящихся во что бы то ни стало достичь успеха в своей исследовательской программе. В этой книге нам придется вспомнить о подобных случаях и подумать над тем, какое они имели значение. Но для более объективного взгляда нам нужно разделить ученых и места, где они выполняют свою работу, на различные типы. По некоторым оценкам, около 95% ученых, которые когда-либо существовали, живы до сих пор и продолжают свою деятельность. Среди них относительно немного чисто академических ученых, занятых в колледжах, университетах и научно-исследовательских институтах, однако именно в этой среде проводятся фундаментальные исследования и делается большая часть открытий, способствующих лучшему пониманию природы. Более половины ученых и научных работников заняты исключительно военными разработками, а среди оставшихся большинство вовлечены в проекты частных организаций, в том числе и тех, что занимаются генной инженерией. Таким образом, основным движущим фактором современной науки стала «сила», то есть власть и выгода, а благосостояние общества и фундаментальное знание, то есть знание ради знания, переместились на второй план.
Однако, за некоторыми исключениями, наука как единое целое никогда не забывала о своей культурной составляющей. Идеал Бэкона подразумевал, что все открытия совершаются из сочувствия и с целью улучшения человеческого общества. И общество в основном продолжало благосклонно смотреть на науку вплоть до первого атомного взрыва в конце Второй мировой войны, который послужил своего рода критическим рубежом. Как выразился Роберт Оппенгеймер, «физики познали грех». Как мы увидим далее, когда были изобретены методы получения рекомбинантных ДНК — основные методы современных исследований в области генетики, научное сообщество быстро распознало возможную опасность новой технологии и ее социальные последствия, после чего попыталось выработать комплекс мер по ограничению исследований, даже если отдельные члены сообщества и не были согласны с такими мерами.
Все темы данного раздела:
Гуттман Б., Гриффите Э., Сузуки Д., Куллис Т.
Г97 Генетика / Бартон Гуттман, Энтони Гриффите, Дэвид Сузуки, Тара Куллис. — Пер. с англ. О. Перфильева. — М.: ФАИР-ПРЕСС, 2004. — 448 с: ил. — (Наука & Жизнь).
ГЕНЕТИКА: ПРОШЛОЕ, НАСТОЯЩЕЕ И БУДУЩЕЕ
«Почему у Джимми рыжие волосы, как у мамы, а у его папы черные?»
«Почему у людей не рождаются щенки?»
«А если конь женится на корове, у них будут дети?»
«Почему Мэри така
Поиски порядка и смысла
Микробиолог и генетик Франсуа Жакоб однажды заметил, что «человеческому мозгу просто необходимо найти какой-то порядок во Вселенной». Любой ребенок сразу после рождения не имеет никакой системы, с
Перспективы современной генетики
Если исходить из социокультурного контекста, понятно, почему генетика пробуждает такой интерес и почему открытия в ее области имеют такие далеко идущие последствия. В последние годы была открыта мо
Примитивный интерес к наследственности
Если заглянуть в прошлое, то свидетельства интереса к вопросам наследственности можно найти еще в период палеолита, когда люди только начали понимать, что такое размножение. Возьмем для примера рис
Одомашнивание растений и животных в зеркале мифа
В многочисленных рисунках, произведениях изобразительного искусства и мифах древние люди отразили появление каждого из культурных растений и одомашненных животных, оказавших очень важное влияние на
Научные теории наследственности
Сходство детей и их родителей отмечается всеми. Древние люди считали, что похожие люди имеют общих предков, и поэтому особое внимание уделяли родству. Помимо того, что родственные связи скрепляли д
Откуда берутся дети?
Огромная роль наследственности для общества не только с физиологической, но и с культурной точек зрения, а также заинтересованность в здоровом потомстве заставили человечество задуматься, каким же
Строение клеток
Как телескоп революционным образом преобразил астрономию, так и микроскоп помог людям понять, из чего состоят живые организмы. Можно представить, какое удивление и изумление отразилось на лицах уче
Молекулярная структура
Рассмотрим для начала два объекта — алмаз и кальцит, структура которых довольно характерна для обычного вещества:
Рост и биосинтез
Одно из самых очевидных свойств живого организма — способность к росту. Рост любого организма, например человека, является результатом двух процессов: роста клеток и их деления. Челов
Ферменты
Линию сборки на заводах обслуживают люди (хотя теперь их все чаще заменяют роботы). Кто же обслуживает пути метаболизма в организме? Каким образом происходят химические реакции, превращающие один м
Синтез полимеров
При первичных метаболических процессах синтезируются все аминокислоты, сахара, липиды и другие небольшие молекулы клетки, которые идут на образование таких макромолекул, как белки и полисахариды. П
Клетки как фабрики по самовоспроизводству и самообновлению
Постараемся еще раз представить, как работает организм. Из окружающей среды он получает вещество-сырье и по различным путям метаболизма превращает его в молекулы своей структуры — делает из первичн
РЕВОЛЮЦИОННОЕ ОТКРЫТИЕ: ЗАКОНЫ МЕНДЕЛЯ
Тайна передачи признаков по наследству всегда привлекала людей. В I веке до н. э. древнеримский философ Лукреций заметил, что дети иногда походят на своих дедушек или прадедушек. Столетием спустя П
Открытия Менделя
Грегор Мендель первым приблизился к разгадке древней тайны. Он был монахом в Брюннском монастыре (ныне Брно, Чехия) и помимо преподавательской деятельности занимался на досуге опытами по скрещивани
Родословные
Кроме подсчета количества растений и животных с теми или иными признаками, полученными при случайном скрещивании, полезно исследовать механизм наследственности на примере родословных (людей или дом
Группы крови
Неплохим уроком по генетике может оказаться исследование групп крови у людей. Кровь относят к той или иной группе в зависимости от того, как она взаимодействует с иммунной системой, которая защищае
Множественные аллели и доминантность
Такие явления, как неполная доминантность и кодоминантность, доказывают, что взаимодействие аллелей одного гена может быть довольно сложным. Как мы видели, группу крови определяют три аллеля одного
Тестовые скрещивания
Организмы с доминантным фенотипом по отдельному признаку могут быть гомозиготами или гетерозиготами — АА или Аа, если пользоваться условными обозначениями. Иногда важно знать генотип.
Вероятность
Менделевский закон расщепления позволяет предсказывать вероятность наследования некоторых признаков. Г. Менделя можно назвать основоположником статистических методов в изучении генетики, потому что
Два гена и более
Эти принципы теории вероятностей важно иметь в виду, когда мы анализируем результат от скрещивания по двум генам и более одновременно. Г. Мендель проводил опыты, в которых он наблюдал за одновремен
Первый закон Менделя и определение отцовства
Опираясь на простые рассуждения Менделя, современные генетики определяют характер наследования и проявления того или иного признака в родословных. Кроме того, законы Менделя могут иногда помочь опр
Клетки и размножение
После того как клеточная теория Шлейдена и Шванна стала общепринятой, патолог Рудольф Вирхов сделал свой немаловажный вклад. Он предположил, что не только все организмы состоят из клеток, но и всяк
Митоз и клеточный цикл
Отдельная клетка растет и делится на две новые клетки, проходя через клеточный цикл. Цель такого цикла — произвести две идентичные клетки и более, которые продолжат процесс, получив от родительской
Кариотип
Зная механизм митоза, можно лучше рассмотреть хромосомы, которые свободно движутся во время этого процесса. Поместим каплю крови в пробирку с питательным раствором, в котором могут размножаться лей
Мейоз и законы Менделя
В наши дни широко известно, что гены находятся в хромосомах, хотя в следующем разделе мы постараемся это утверждение доказать. Рассмотрев процесс мейоза, мы теперь можем найти в нем обоснование зак
Местонахождение генов
Основные процессы, происходящие при мейозе и митозе, были изучены к концу XIX века. Теперь известно, что это довольно сложный механизм распределения хромосом по дочерним клеткам, но до начала XX ве
Половые хромосомы
Еще в древности люди заметили, что некоторые заболевания появляются почти исключительно у мужчин, хотя передаются по материнской линии. Самый известный пример — гемофилия, или недостаточная
Нерасхождение хромосом
Обычно мужчины и женщины имеют хорошо выраженный фенотип, определяемый их набором хромосом — XY или XX. Но иногда рождаются дети с необычным числом половых хромосом, и это происходит в результате н
Гены и нарушения метаболизма
Люди — плохой «материал» для изучения законов наследственности, потому что у них трудно получить достаточно надежные данные, но первые наблюдения, как гены осуществляют свою функцию, были сделаны и
Гены и ферменты
В 1944 году Джордж Бидл и Эдвард Тэйтем подтвердили правильность выводов Гаррода на примере хлебной плесени Neurospora (эта плесень ярко-оранжевого цвета иногда образуется на черством хлебе)
Белки и информация
Поскольку гены контролируют производство и синтез белков, то еще раз рассмотрим структуру белков. Как было сказано в гл. 3, белки — наиболее разнообразные молекулы организма. Они являются составной
Исправление наследственных нарушений
В то время как в начале XX века генетика делала первые шаги, большим вниманием пользовалась идея улучшения человеческого рода, или евгеника (см. гл. 15). Когда люди узнали механизм наследств
Бактерии
Вспомним, что бактерии отличаются от других организмов тем, что они прокариоты, то есть не имеют окруженного мембраной ядра, в отличие от эукариот, в том числе растений и животных, в клетках которы
Первые шаги
В 1928 году Фредерик Гриффит обнаружил, что вещество умерших клеток одного штамма бактерий может переносить свои характеристики живым клеткам другого штамма. Например, было известно, что штамм IIIS
Бактериофаги
В 1915 году англичанин Фредерик Творт и канадец Феликс Д'Эрелль независимо друг от друга открыли бактериофаги, которые вызывают инфекции среди бактерий. Сама идея об инфекциях среди бактерий
Эксперимент Херши—Чейз
Зная, что фаги приблизительно наполовину состоят из ДНК и наполовину из белков, Альфред Херши и Марта Чейз решили исследовать функции этих двух компонентов, пометив их, то есть включив в их
Строение ДНК
Вспомним, что основными строительными компонентами организма служат полимеры. Нуклеиновые кислоты — это тоже полимеры, хотя они сильно отличаются по своему строению от белков. Их еще называют по
Модель ДНК и генетика
В отличие от работы Менделя, статья Уотсона и Крика сразу же привлекла внимание научного сообщества, поскольку она объясняла механизм наследственности. Сразу становилось понятно, что последовательн
Проверка модели
Настоящая научная ценность модели измеряется тем, что можно на практике проверить все выводы, к которым она приводит. Модель Уотсона— Крика не только вобрала в себя все известные факты о ДНК и насл
Распределение генов
То, что гены расположены в хромосомах, казалось бы, не соответствует тому факту, что у людей только 23 пары хромосом и вместе с тем тысячи различных признаков, которым должны соответствовать тысячи
С h/Y : 1 С H/Y : 1 с h/Y : 9 с H/Y.
Получается, что 10% сыновей, которых мы называем рекомбинантами, получили иную комбинацию генов, отличающуюся от комбинации их матерей.
В профазе мейоза гомологичные пары выстраиваю
С H/Y : 1 С h/Y : 1 с H/Y : 9 с h/Y.
Этого и следовало ожидать: 90% начального расположения аллелей и 10% рекомбинаций.
Определить расстояние между генами человека — достаточно сложно. У большинства организмов, скрещивать кот
A c/Y, 7 A C/Y, 8 a c/Y, 42 a C/Y.
Всего получается 15 (7 + 8) рекомбинаций из сотни, то есть 15%. Поэтому ген А можно поместить на хромосомной карте в 15 единицах от гена С. Однако три гена могут располагаться в последовател
Кроссинговер внутри генов
До середины 1940-х годов ученые полагали, что гены, скорее всего, представляют собой хромомеры, то есть крохотные комочки вдоль хромосом, благод
Генетика фагов
Макс Дельбрюк выбрал для своих исследований фаги, потому что они представляют собой очень простую биологическую систему: крохотные частички, которые могут воспроизводить себе подобных в других клет
Тонкая структура гена
Сеймур Бензер исследовал тонкую структуру гена с помощью фагов Т4, среди которых ему удалось выделить редкие внутригенные рекомбинанты. Бензер сосредоточил внимание на классе мутантов r — rII.
Комплементация и определение границ гена
Эксперименты по составлению карт показали, что область rII состоит из многих мелких участков, или сайтов, в которых могут происходить разные мутации. Но такие карты дают представление только
Что же такое ген!
Вернемся к определению гена. В классической генетике словом «ген» обозначалась единица генетического материала, выделяемая по трем критериям: по функции, мутации и рекомбинации. Изначально предпола
Рестрикционные ферменты и палиндромы
Бактерии и фаги, которые их атакуют, находятся в состоянии непрерывной химической войны. Бактерии, оказывающие сопротивление фаговой инфекции, получают преимущество в борьбе за существование, и они
Рестрикционное картирование
Сейчас известно и доступно для применения множество типов рестрикционных ферментов. Они разрезают ДНК на различные последовательности, и их можно использовать для анализа структуры ДНК и составлени
Как строятся белки?
Итак, информация, определяющая порядок аминокислот в белке, хранится в ДНК в виде ряда триплетных кодонов. Но как последовательность оснований ДНК превращается в реальный продукт? Конечно, чертежи
Молекулы РНК: инструменты для синтеза белка
В 1940-х годах, когда ученые еще недостаточно хорошо представляли строение нуклеиновых кислот, были получены доказательства того, что синтез белков всегда сопровождается синтезом рибонуклеиновой ки
РНК-транскрипция
Сейчас доказано, что РНК образуется в результате того же спаривания комплементарных оснований, с помощью которого образуется и двойная спираль ДНК из одинарной цепи (рис. 9.2). Этот процесс называе
Трансляция
Перенос информации с ДНК на РНК называется транскрипцией, а перенос этой информации с мРНК в белок — трансляцией. Обычно матричные РНК в течение некоторого времени программируют рибос
Сложные гены эукариот
Когда исследователи начали изучать гены различных белков в клетках эукариот, обнаружилось, что взаимодействие генов и белков в этих организмах более сложное, чем взаимодействие генов и белков прока
Генетический словарь
К 1962 году благодаря работам Крика и его коллег, о которых говорилось ранее, было установлено, что генетический код состоит из триплетов. После этого перед исследователями встала другая непростая
Колинеарность генов и белков
Гипотезу о колинеарности гена белку можно было подтвердить, показав, что последовательность мутаций гена соответствует изменениям последовательности аминокислот, к которым приводят эти мутации. Для
Терминирующие кодоны
Три код она из 64 не служат кодом для аминокислоты. Они означают конец синтеза белка и называются терминирующими или нонсенс-(стои-) ко-донами (stop codon). Их существование было подт
Универсальность кода
Значение кодонов было выяснено в ходе опытов на бактериях Е. coli. Но что если в генах других организмов, в том числе и человека, используется другой шифр? В таком случае мутации белков чело
НАСЛЕДСТВЕННОСТb В МИРЕ БАКТЕРИЙ
Представители классической генетики едва ли смели мечтать о тех возможностях, какие открываются перед современными учеными, проводящими эксперименты на бактериях и вирусах бактерий. В этой главе мы
Бактерии-мутанты
Разные виды бактерий можно различать по фенотипическим признакам, таким как форма, цвет и другие характерные подробности их колоний. Но большой прогресс в генетике бактерий был достигнут в ходе исс
Пол у Е. соli
В 1946 году Джошуа Ледерберг и Эдвард Тэйтем принялись ставить генетические эксперименты на бактериях. Несколькими годами ранее Тэйтем работал в сотрудничестве с Джорджем Биллом, и они на основе оп
Плазмиды
Фактор F — пример так называемой плазмиды, то есть внехромосомного самореплицирующегося генетического элемента с кольцевой структурой. Плазмиды — это своего рода пассажиры в клетке, которые
Факторы резистентности и устойчивость к антибиотикам
В 1955 году одна жительница Японии вернулась из Гонконга с разновидностью дизентерии, вызываемой бактерией рода Shigella. Инфекцию Shigella легко лечить антибиотиками, но эти бактерии
Лизогения
Биологи, проводившие эксперименты с фагами до Второй мировой войны, часто утверждали, что некоторые штаммы бактерий переносят вирусы, которые иногда непредсказуемо проявляют себя в растущих культур
Гены, переносимые вирусом
Пытаясь определить, конъюгирует ли Salmonella подобно Е. coli, Нортон Циндер обнаружил, что фаги могут переносить гены из одной бактериальной клетки в другую. Это явление назвали т
Трансдукция и геном человека
В 1955 году Джошуа Ледерберг предположил, что трансдуцирующие вирусы можно использовать для введения генов в клетки человека. В то время такая идея казалась чистой фантазией, но сейчас она все боле
РЕГУЛЯЦИЯ ГЕНОВ И РАЗВИТИЕ ОРГАНИЗМА
По мере чтения книги, как и на протяжении всей истории генетики, наше представление о генах постоянно изменялось. Если сначала мы считали ген неопределенным фактором, который каким-то образом перед
Регуляция генов у бактерий
Как и в предыдущих главах, начнем с простых биологических систем, то есть с бактерий, при изучении которых этот вопрос впервые был поставлен. Исследования велись преимущественно в 1950-х и 1960-х г
Регуляция генов эукариот
Вопрос о регуляции генов в клетках эукариот требует иной постановки, поскольку образ жизни типичных эукариот коренным образом отличается от образа жизни прокариот. Прокариоты — это протые бактерии,
Эмбриональное развитие в общих чертах
Эмбрион развивается из одной-единственной клетки — зиготы — и превращается в комплекс многих специализированных клеток. Зигота тотипотентна, то есть после многократного деления она может дат
Регуляция по времени и развитие крыла цыпленка
Прекрасный пример временного механизма — развитие крыла цыпленка (рис. 11.2). Крыло вырастает из задатка конечности, состоящего из клеток мезодермы, покрытых слоем эктодермы, включая апикальную обл
Формирование глаза мухи
Одна из самых интересных серий событий с участием нескольких генов происходит при формировании глаза мушки дрозофилы. Сложный глаз насекомого состоит приблизительно из 800 элементов. Отдельный элем
ВМЕШАТЕЛbСТВО В СТРОЕНИЕ ДНК: ВОЗВРАЩЕНИЕ ЭПИМЕТЕЯ?
В древнегреческих мифах говорилось о титанах — расе гигантов, рожденных богами прежде расы людей. Титану Эпиметею боги поручили создать животных и растения, распределив между ними разнообразные сво
Рекомбинантная ДНК и рестриктазы
К 1972 году Анни Чанг, Поль Берг и Сеймур Коэн установили, что при помощи рестрикционных ферментов, рестриктаз, можно порезать две любые молекулы ДНК и сделать из них одну реком-бинантную
Изучение отдельных клонированных фрагментов
Часто внимание экспериментаторов сосредотачивается на отдельном донорском гене, который ученые хотят исследовать или использовать. При определенной удаче такой ген может уже содержаться в геномной
Генная терапия
Среди разнообразных способов применения трансгенных технологий особое место занимает генная терапия. Если можно модифицировать растительные и животные организмы, то что мешает применить те ж
Геномика — изучение всего генома
Последние достижения в области секвенирова-ния и развитие технических средств для обработки большого количества клонов в библиотеке генов позволили ученым исследовать сразу весь геном организма. Се
ГЕНЕТИК В РОЛИ ДОКТОРА ФРАНКЕНШТЕЙНА
В глазах современной общественности генетики часто ассоциируются с образом героя романа Мэри Шелли «Франкенштейн», безумно увлеченного своей работой и создавшего ужасное чудовище. Генетиков обвиняю
Контроль над исследованиями рекомбинантных ДНК
Споры о роли генетики начались задолго до современного расцвета генной инженерии. Еще в 1970-х годах не только ученое сообщество, но и широкая публика принялись обсуждать вопросы, связанные с проти
Генетически модифицированные организмы
Вопросы общественного влияния на генетику и регулирования научных исследований в этой области, во многом не решены до сих пор. По мере совершенствования микробиологических технологий и методов появ
Технологии в контексте
Одна из сторон возникшей проблемы — научное просвещение. Как шутят агенты по продаже недвижимости, три ключевых элемента, помогающих продать дом, — это его место, место и еще раз место. Точно так ж
Аргументы против генетически модифицированных продуктов
В ходе споров по поводу генетически модифицированных продуктов был выдвинут ряд аргументов против их использования. Мы перечислим здесь основные доводы противников, лежащие в основе их рассуждений.
Этические аспекты клонирования
Клонирование животных, хотя и не имеет непосредственного отношения к трансгенным технологиям, также ставит подобные этические вопросы. Прежде всего, это касается млекопитающих. Известно давно о кло
Ответственность ученых
Современные генетические технологии способны причинить человечеству заметный вред, и поэтому общество должно постоянно быть начеку. В наши цели не входит защита генетических технологий или их осужд
Частота мутаций
Мутации всегда происходят естественно, случайно и без очевидной причины. Мы не можем заранее предсказать, какая именно мутация произойдет и где, поэтому при их изучении применяют статистические мет
Мутации у людей
Частоту мутаций у людей можно определить при помощи родословных, в которых проявляются доминантные черты. Дефект, неожиданно появившийся у одного представителя поколения и переданный потомству, дол
Излучение
Спонтанные мутации довольно редки. Частоту мутаций увеличивают мутагены. К самым мощным мутагенам относятся некоторые виды излучений. В 1927 году Герман Мюллер, экспериментировавший с дрозофилой, и
Что представляют собой мутации?
Мутация — это изменение в ДНК. Некоторые изменения происходят спонтанно, со временем. Например, молекулы ДНК теряют пуриновые основания гуанин и аденин (депуринизация) с относительно высокой скорос
Система восстановления ДНК
По мере развития жизни на нашей планете клетки постоянно встречались с различными мутагенами как в виде излучения, так и в виде химических веществ. Частота мутации должна находиться в пределах каки
Генетические последствия радиации
Ионизирующее излучение вызывает мутации любого рода — от точечных замен до хромосомных аберраций и разрывов. Поместив источники невысокой радиации в лесу, исследователи доказали, что постоянное изл
Хромосомные аберрации
Хромосомы содержат гены, расположенные в определенной последовательности. Фенотип организма зависит не только от тех или иных генов, но и от того, как они расположены относительно других генов. На
Хромосомы человека
Под электронным микроскопом хромосомы человека выглядят как свитые в многочисленные петли куски толстой веревки. Каждая хромосома представляет собой длинную, непрерывную цепь ДНК, в скрученном виде
Анеуплоидия
Богатый источник материала для исследований хромосомных аберраций — выкидыши в течение первых недель развития, так как у них насчитывается в 50—100 раз больше хромосомных нарушений, чем у новорожде
Дупликация и делеция
Дупликации и делеции больших участков хромосом почти всегда летальны, как и большинство мутаций. Если плод и выживает, то он характеризуется серьезными нарушениями в развитии. Самый известный приме
Инверсии
Многие из нас слышали о супругах, которым никак не удается завести детей из-за прерванных беременностей и выкидышей. Это происходит, если один из партнеров гетерозиготен по инверсии или транслокаци
Транслокации
Транслокации — частая причина наследственных нарушений, которую можно заметить в кариотипе. Обычно их переносят гетерозиготы, имеющие одну нормальную хромосому и одну хромосому с транслокацией.
Доказательства эволюции
Доказательства того, что разные организмы действительно произошли от общего предка посредством постепенного изменения, поступают из разных источников. Пожалуй, одно из самых сильных доказательств —
Эволюция как процесс
В широком плане эволюция охватывает три процесса: макроэволюцию, специализацию и микроэволюцию. Макроэволюция подразумевает совокупность всех процессов, благодаря которым в прошлом существов
Популяционная генетика
Делить аллели генов на дикие и мутантные, как мы это делали, знакомясь с основами генетики, не совсем правильно, и такое деление может привести к неправильному представлению об эволюции. Исследован
Эволюция человека
Наиболее противоречивый вывод из теории эволюции Дарвина заключался в предположении, что человек произошел от обезьяны. Представители христианской религии приняли эту идею с неодобрением, потому чт
Миграция и разнообразие Homo sapiens
Благодаря секвенированию ДНК людей по всему миру удалось построить филогенетическое дерево человечества. Корни этого дерева, как свидетельствуют окаменелые останки, уходят в Африку. Большинство био
Цвет кожи
Средний оттенок кожи популяции находится почти в прямой зависимости от долготы: самый темный встречается близ экватора, а самый светлый — ближе к полюсам. Темная кожа лучше защищает от ультрафиолет
Евгеника
Как уже говорилось в гл. 1, мысль об улучшении человеческого рода зародилась давно, по крайней мере, в древнегреческом обществе классического периода. Но особое внимание она привлекла в последние д
СЛОВАРb
Авторадиография— метод получения снимка радиоактивных материалов посредством их воздействия на фотографический раствор; там, где раствор проявляется, образуется темное пятно.
Карбоксильная группа— химическое соединение СООН, называемое еще кислотной группой, потому что атом водорода стремится отделиться в виде иона Н+.
Карбоксильный конец— конец полипептидной цепи со свободной карбоксильной группой.
Кариотип— схема хромосомного набора организма, получаемая в результате с
Цитозин— одно из пиримидиновых оснований ДНК или РНК.
Частота аллелей— в популяционной генетике соотношение нескольких аллелей одного гена (или типа хромосом).
Частота мутаций— мера вероятности того, что прои
Новости и инфо для студентов