Общая биология и генетика

ОБЩАЯ БИОЛОГИЯ И ГЕНЕТИКА Биология (греч. biologia; от bios — жизнь, logos— учение) — совокупность наук о живой природе.Термин «биология» предложен Ж.Ламарком в конце XVIII века. Биология — слишком обширная наука для того, чтобы один исследо¬ватель мог охватить ее. Поэтому большинство биологов являются специалиста¬ми в какой-либо одной ее отрасли: ботанике или зоологии, анатомии или физиологии, гистологии или эмбриологии, экологии, теории эволюции, ге¬нетике и т.д. Несмотря на многогранность биологии, есть в этой науке основные, всеобъ¬емлющие обобщения — такие, как клеточная теория (М.Шлейден, 1838 г.; Т.Шванн, 1839 г.), теория эволюции органического мира, основные положе¬ния которой сформировал Ч.Дарвин (1859 г.), законы наследственности (Г.Мендель, 1865 г.) и др. Подготовленные всем ходом предыдущего развития наук, они определяют их будущее и составляют фундамент последующих ис¬следований в разных областях естествознания.

Теория эволюции органического мира Продолжающаяся эпоха Великих географических открытий открывала пе¬ред европейцами новые, необъятные пространства.

В 1606 г. голландские мо¬реплаватели впервые увидели Австралию. В 1741 г. В. Беринг достиг берегов Аляски. Кругосветные экспедиции второй половины XVIII века имели своим следствием расширение не только географических горизонтов, но и биологических зна¬ний о растительном и животном мире новых земель. Пришло время системати¬зации приобретенных знаний.Воспринимая природу как единое целое, ученые стремились выявить раз¬нообразие организмов и установить взаимосвязь между ними. К концу XVII в. стало очевидно, что описание организмов невозможно без создания иерархи¬ческой системы и установления родственных отношений между группами, что привело к формированию представлений об историческом развитии органичес¬кого мира. Элементы этой идеи прослеживаются в произведениях древнегреческих философов — от Фалеса до Аристотеля.

Многие философы и естествоиспыта¬тели эпохи Возрождения и Нового времени высказывали мысль о взаимосвязи форм живой природы. Так, немецкий философ Г.Лейбниц (1646—1716 гг.) представлял мир как единый гармоничный ряд усложняющихся форм расте¬ний и животных, изначально созданных Богом. Швейцарский натуралист Ш.Бонне (1720—1793 гг.) развивал идею о «лестнице существ» (1745 г.) как отражении прогрессирующего усложнения органического мира. Ж.Бюффон (1707 — 1788 гг.) выдвинул смелую гипотезу о развитии Земли (1748 г.). Под¬разделив «естественную историю» Земли на семь периодов, он предположил, что растения, затем животные, а потом и человек появились в последние пе¬риоды развития планеты.

Бюффон допускал также, что одни формы могут превращаться в другие под влиянием климата или условий существования и что имеется «непрерывная иерархия от самого низшего растения до самого высокоорганизованного животного». Огромное влияние на формирование эволюционных идей ученых несколь¬ких поколений оказали принципы систематики органического мира, которые разработал шведский врач и натуралист Карл Линней (1707 — 1778 гг.) — первый секретарь Шведской академии наук, основанной в 1739 году. В его знаменитом труде «Система природы», (1735 г.), 12 раз издававшемся при жизни автора, были впервые предложены основы класси¬фикации «трех царств природы» (растений, животных и минералов). Каждое из царств он разделил на классы, отряды, роды, виды и подвиды; для всех орга¬нических видов ввел обязательную бинарную (двойную) номенклатуру, в которой вид обозначался двумя названиями — родовым и видовым.

Линней впер¬вые отнес человека (род Ното) к классу млекопитающих (отряду приматов), что в то время требовало от ученого достаточной смелости.

Отметим, что Лин¬ней не сомневался в неизменности природы и ее целесообразности.

К.Линней был избран членом академий наук Германии (1754 г.), Швеции (1739 г.), Великобритании (1753 г.), России (1754 г.), Франции (1762 г.). Это свидетельствует о его огромном влиянии на развитие мирового естествознания.

Труды Линнея способствовали формированию идей Ж.Кювье, Ж.Ламарка и Ч.Дарвина. Французский зоолог Жорж Кювье (1769— 1832 гг.) разрабо¬тал понятие о типах в зоологии и впервые объединил в один тип позвоночных классы млекопитающих, птиц, амфибий и рыб. Он заложил основы палеонто¬логии и сравнительной анатомии, и тем самым подвел фундамент под буду¬щую эволюционную теорию.Занимаясь педагогической работой, он создал в Парижском Университете факультет естественных наук. Жан Ламарк (1744— 1829 гг.) — французский естествоиспытатель, ученик и последователь французских мате¬риалистов и просветителей XVIII в. — сформулировал первую теорию эволюци¬онного развития живых существ. Основные положения натурфилософской концепции Ламарка изложены в его трудах «Естественная история растений» (1803 г.) и «Философия зоологии» (1809 г.). Занима¬ясь сравнительной анатомией беспозвоночных, он первым разделил животных на позвоночных и беспозвоночных и ввел эти понятия.

Ламарк утверждал, что между видами животных нет резких граней; виды не являются постоянными, — они изменяются под влиянием окружающей сре¬ды, приобретая новые свойства, и наследуют эти приобретенные признаки.

Таким образом, Ламарк считал, что признаки, возникающие адекватно воз¬действующим факторам окружающей среды, передаются по наследству. Глав¬ным фактором адаптации он считал упражнения или неупражнения органов, а также образование новых органов.Он выступал против концепции префор¬мизма (см. с. 347), утверждая, что «все живые тела происходят одни от других», и развиваются при этом не из «предсуществующих зародышей». Но теория Ламарка содержала и несколько идеалистических положений. Так, он полагал, что прогресс в развитии организмов объясняется их внутренним «стремлением» к самосовершенствованию.

Его учение впоследствии приобре¬ло форму ламаркизма — философской концепции второй половины XIX в ставшей после смерти Ламарка антитезой дарвинизма.Это, однако, не умаляет исторических заслуг самого Ламарка, предложившего первую целостную тео¬рию эволюции. Это понимал и высоко ценил один из величайших биологов мира, основоположник эволюционного учения — Чарлз Дарвин.

Чарльз Дарвин (1809—1882 гг.) оставил огромное научное наследие, которое насчитывает более 8000 страниц.Его основополага¬ющий труд «Происхождение видов путем естественного отбора, или сохране¬ние избранных пород в борьбе за жизнь» вышел в свет в 1859 г. В последующих работах Дарвина «Из¬менение домашних животных и культурных растений» (1868 г.), «Происхожде¬ние человека и половой отбор» (1871 г.) и других эволюционное учение полу¬чило свое дальнейшее развитие.

После окончания Кембриджского университета Ч. Дарвин принял участие в кругосветном путешествии на корабле «Бигл» (1831 —1836 гг.), во время кото¬рого он познакомился с удивительным многообразием «природной лаборато¬рии эволюции». В течение 20 лет он собирал и анализировал материалы, экспе¬риментировал и систематизировал.

Основываясь на огромном фактическом ма¬териале, он пришел к убеждению, что существующие на Земле животные и растения произошли от ранее распространенных видов в результате эволюции.Главными факторами эволюции Дарвин считал изменчивость, наследственность и естественный отбор в условиях «борьбы за существование» (понятие, вве¬денное Дарвином). К идее естественного отбора Дарвин пришел через знакомство с трудами по политэкономии своего соотечественника Адама Смита (1776 г.), который писал о разделении труда в обществе, борьбе за существование и искусствен¬ном отборе как результате этой борьбы.

Таким образом, Дарвин дал естествен¬нонаучное обоснование возникновению приспособительных признаков, в про¬тивовес представлениям об изначальной целесообразности существующего мира. Ф.Энгельс назвал теорию Дарвина в числе трех основных естественно-на¬учных открытий XIX в. В 1859 г. в письме к К.Марксу он писал: « до сих пор никогда еще не было столь грандиозной попытки доказать историческое раз¬витие в природе, да к тому же еще с таким успехом». Чарльз Дарвин был избран почетным доктором Кембриджского, Боннско¬го, Бреславского и Лейденского университетов, членом-корреспондентом Петербургской (1867 г.) и Берлинской (1878 г.) академий наук. Теория естественного отбора встретила многочисленных сторонников и противников.

С середины 1860-х годов эволюционный подход стали применять в морфологии, эмбриологии, палеонтологии; появились первые эксперимен¬тальные исследования эволюции.

Итогом этой многогранной работы ученых разных стран мира стало создание современной синтетической теории эволю¬ции (СТЭ). Принципиальным стержнем этой теории является представление о естественном отборе как движущей силе эволюции и популяции. Основы СТЭ заложены трудами Ф.Г.Добржанского «Генетика и происхождение видов» (1937 г.), Дж. Хаксли «Эволюция.Современный синтез» (1942 г.), Э.Майера «Систематика и происхождение видов» (1942 г.), а также Н.В.Тимофеева-Ре¬совского (по использованию радиации в изучении гена, 1935 г.) и многих других зарубежных и отечественных ученых.

Учение Дарвина открыло новый исторический подход к изучению законо¬мерностей живой природы и способствовало дальнейшему развитию всех био¬логических наук. Учение о наследственности и изменчивости Серьезным научным подтверждением эволюционной теории явилось от¬крытие законов наследственности, которое сделал чешский естествоиспыта¬тель Грегор Мендель (1822—1884 гг.) — монах (позднее — аббат) доминиканского монастыря на территории Чехии. Мендель стал основоположником одного из важнейших направлений современной биологии — генетики (греч.genetica; от genetikos — относящийся к происхождению). Этот термин предложил Уильям Бейтсон (1861-1926 гг.) в 1906 г. В течение 10 лет Мендель проводил опыты по гибридизации различных сортов гороха (рис. 166), сравнивая их по нескольким признакам (окраска цветов, цвет горошин, их шерохова¬тость). Он впервые установил правила генетического опыта: скрещивание линий одного вида, резко отличаю¬щихся по стабильным признакам; учет признаков в первом и последующих по¬колениях гибридов; строгий количе¬ственный учет результатов эксперимен¬та. В результате своих опытов Мендель пришел к заключению, что растения содержат наследственные факторы, которые при скрещивании передают¬ся потомству и переходят от поколе¬ния к поколению.

Он впервые заговорил о дискретных наследственных единицах (лат. discretus— прерывистый, состоящий из отдельных частей), которые позднее назовут «генами». Мендель установил законы наследственности и из¬ложил их в труде «Опыты над растительными гибридами» (1865 г.), ставшем впоследствии классическим.

Однако наука того времени еще не была готова к восприятию идей Менде¬ля. Его открытие не получило адекватной оценки и долгое время оставалось в тени. Оно не было известно и Ч.Дарвину, тогда как именно теория Менделя разрешала «самое опасное возражение», которое, по словам самого Дарвина, когда-либо было сделано его теории.

Это — утрата вновь приобретенных при¬знаков в последующих поколениях.

Заслуженное признание открытия Менделя состоялось лишь в 1900 г ког¬да Карл Эрих Корренс (1864—1933 гг Германия), Хуго де Фрис (1848 —1935 гг Голландия) и Эрих Чермак-Зейзенегг (1871 — 1962 гг Австро-Венгрия) почти одновременно повторно от¬крыли законы наследственности Менделя.Только после этого была найдена и повторно опубликована (1901 г.) забытая работа Менделя, и были заложены основы учения о мутации (лат.mutatio— изменчивость). С этого времени ведет свое начало экспериментальная генетика — наука о наследственности и измен¬чивости организмов.

Термин «хромосома» («цветные тельца»; от греч. chroma — цвет, soma — тело) появился в 1888 г. (его ввел Г. Вальдейер). Термин «ген» был введен в 1909 г. датским ученым В. Иоганнсеном, который назвал так содержащиеся в хромосо¬мах носители наследственности (от греч.genos — род, происхождение). В 1911 г. американский ученый Томас Хант Морган (1866 — 1945 гг.) начал опыты на хромосомах дрозофилы, пришел к заключению о линейном расположении генов в хромосоме (1915г.) и сформулировал хромосомную теорию наследственности (Нобелевская премия 1933г.). Его ученик Герман Джозеф Мёллер (1890—1967 гг.) также был удос¬тоен Нобелевской премии (1946г.) за открытие в 1927г. «возникновения мута¬ций под действием рентгеновских лучей». Это дало генетикам инструмент для воздействия на гены и позволило ученым-эволюционистам понять причины изменчивости.

Бурное развитие генетики привело к формированию новых на¬учных направлений — молекулярной генетики и молекулярной биологии.