Генетика, селекция, евгеника
СОДЕРЖАНИЕ: Введение Из-за врожденных дефектов наша цивилизованная человеческая порода гораздо слабее, чем у животных любого другого вида - как диких, так и одомашненных... Если бы на усовершенствование человеческой расы мы потратили двадцатую часть тех сил и средств, что тратятся на улучшение породы лошадей и скота, какую вселенную гениальности могли бы мы сотворить!.
Введение
Из-за врожденных дефектов наша цивилизованная человеческая порода гораздо слабее, чем у животных любого другого вида - как диких, так и одомашненных... Если бы на усовершенствование человеческой расы мы потратили двадцатую часть тех сил и средств, что тратятся на улучшение породы лошадей и скота, какую вселенную гениальности могли бы мы сотворить!.
Фрэнсис Гальтон
(английский психолог и антрополог).
Генетика - одна из немногих фундаментальных биологических наук, которая с самого своего зарождения была точной. История ее развития - это история все более и более точных методов и результатов. По способности управлять своими объектами и конструировать их генетика становится все более похожей на физику, математику и инженерно-технические дисциплины. Многочисленные хромосомные и генные карты, записи генетических текстов, схемы строения, работы и эволюции генов и управляемых ими систем и процессов получены точными методами и сами не менее точны, чем алгоритмы и технические чертежи. И поэтому, на первый взгляд, ее профессиональный язык - лексика, стилистика и визуальные формы представления данных - далеки от красоты живой природы, открывающейся натуралистам, художникам и поэтам. Сочетание точности и логической строгости анализа с творческим предвидением структур и функций незримых объектов - задолго до их визуализации - характерно для работ великих генетиков - Г. Менделя, А. Вейсмана, Т. Моргана, Ф. Лежена, Дж. Уотсона и Ф. Крика, Ф. Жакоба и К. Моно и многих других.
Вся история генетики - своеобразный путь вглубь генетических систем, причем путь впотьмах, на котором нередко исследователи работали умственными взорами: в скудном свете новых - порою, весьма фрагментарных - фактов они создавали гипотетические схемы и описания тех структур и процессов, которые удавалось опровергать или доказывать экспериментальными данными лишь многие годы спустя. Мера и число для генетического мышления необходимы, но не достаточны: провидческие построения сложных пространственных и временных картин требуют от исследователей и логики, и творческого воображения - качества, присущего художникам, писателям и поэтам. Именно это качество запечатлено в лексике и стиле наиболее новаторских трудов генетиков: основа четкости понятий заключается в неожиданности словосочетаний. В профессиональных текстах генетиков, словно в своеобразном магическом кристалле, непроизвольно отображались, фокусировались и сменялись не только рациональные пути развития самой генетики, но и модные веяния в различных областях точных, естественных и гуманитарных наук, а также в житейской практике. Предпринимаемая попытка может оказаться интересной не только для логиков, методологов и философов различных областей науки, лингвистов, филологов и психологов, но и для самих генетиков.
1. Что изучает генетика.
Генетика (от греч. — происходящий от кого-то) — наука о законах и механизмах наследственности и изменчивости. В зависимости от объекта исследования классифицируют генетику растений, животных, микроорганизмов, человека и другие; в зависимости от используемых методов других дисциплин — молекулярную генетику, экологическую генетику и другие. Идеи и методы генетики играют важную роль в медицине, сельском хозяйстве, микробиологической промышленности, а также в генетической инженерии.
Первоначально генетика изучала общие законы наследственности и изменчивости на основании фенотипических данных. Понимание механизмов наследственности, то есть роли генов как элементарных носителей наследственной информации, хромосомная теория наследственности и т. д. стало возможным с применением к проблеме наследственности методов цитологии, молекулярной биологии и других смежных дисциплин.
Основы современной генетики заложены Г. Менделем, открывшим законы дискретной наследственности (1865), и школой Т. Х. Моргана, обосновавшей хромосомную теорию наследственности (1910-е гг.). В СССР в 1920-1930-х годах выдающийся вклад в генетику внесли работы Н. И. Вавилова, Н. К. Кольцова, С. С. Четверикова, А. С. Серебровского и др.
Законы Г.Менделя
Закон единообразия гибридов первого поколения, или первый закон Менделя, утверждает, что потомство первого поколения от скрещивания устойчивых форм, различающихся по одному признаку, имеет одинаковый фенотип по этому признаку. При этом все гибриды могут иметь фенотип одного из родителей (полное доминирование), как это имело место в опытах Менделя, или, как было обнаружено позднее, промежуточный фенотип (неполное доминирование). В дальнейшем выяснилось, что гибриды первого поколения могут проявить признаки обоих родителей (кодоминирование). Этот закон основан на том, что при скрещивании двух гомозиготных по разным аллелям форм (АА и аа) все их потомки одинаковы по генотипу (гетерозиготы — Аа), а значит, и по фенотипу.
Закон расщепления, или второй закон Менделя, гласит, что при скрещивании гибридов первого поколения между собой среди гибридов второго поколения в определенных соотношениях появляются особи с фенотипами исходных родительских форм и гибридов первого поколения. Так, в случае полного доминирования выявляются 75% особей с доминантным и 25% с рецессивным признаком, т. е. два фенотипа в отношении 3:1 (рис. 1). При неполном доминировании и кодоминировании 50% гибридов второго поколения имеют фенотип гибридов первого поколения и по 25% — фенотипы исходных родительских форм, т. е. наблюдают расщепление 1:2:1. В основе второго закона лежит закономерное поведение пары гомологичных хромосом (с аллелями А и а), которое обеспечивает образование у гибридов первого поколения гамет двух типов, в результате чего среди гибридов второго поколения выявляются особи трёх возможных генотипов в соотношении 1АА:2Аа:1аа. Конкретные типы взаимодействия аллелей и дают расщепления по фенотипу в соответствии со вторым законом Менделя.
Закон независимого комбинирования (наследования) признаков, или третий закон Менделя, утверждает, что каждая пара альтернативных признаков ведёт себя в ряду поколений независимо друг от друга, в результате чего среди потомков второго поколения в определенном соотношении появляются особи с новыми (по отношению к родительским) комбинациями признаков. Напр., при скрещивании исходных форм, различающихся по двум признакам, во втором поколении выявляются особи с четырьмя фенотипами в соотношении 9:3:3:1 (случай полного доминирования). При этом два фенотипа имеют «родительские» сочетания признаков, а оставшиеся два — новые. Этот закон основан на независимом поведении (расщеплении) нескольких пар гомологичных хромосом (рис. 2). Например, при дигибридном скрещивании это приводит к образованию у гибридов первого поколения 4 типов гамет (АВ, Ab, aB, ab) и после образования зигот — закономерному расщеплению по генотипу и соответственно по фенотипу.
1.1 Основные задачи генетики
Генетические исследования преследуют цели двоякого рода: познание закономерностей наследственности и изменчивости и изыскание путей практического использования этих закономерностей. То и другое тесно связано: решение практических задач основывается на заключениях, полученных при изучении фундаментальных генетических проблем, и в то же время доставляет фактические данные, важные для расширения и углубления теоретических представлений.
От поколения к поколению передается (хотя иногда и в несколько искаженном виде) информация обо всех многообразных морфологических, физиологических и биохимических признаках, которые должны реализоваться у потомков. Исходя из такого кибернетического характера генетических процессов, удобно сформулировать четыре основные теоретические проблемы, исследуемые генетикой:
- Во-первых, проблема хранения генетической информации. Изучается, в каких материальных структурах клетки заключена генетическая информация и как она там закодирована
- Во-вторых, проблема передачи генетической информации. Изучаются механизмы и закономерности передачи генетической информации от клетки к клетке и от поколения к поколению.
- В-третьих, проблема реализации генетической информации. Изучается, как генетическая информация воплощается в конкретных признаках развивающегося организма, взаимодействуя при этом с влияниями окружающей среды, в той или иной мере изменяющей эти признаки, подчас значительно.
- В-четвертых, проблема изменения генетической информации. Изучаются типы, причины и механизмы этих изменений.
Заключения, полученные при изучении фундаментальных проблем наследственности и изменчивости, служат основой решения стоящих перед генетикой прикладных задач.
Достижения генетики используются для выбора типов скрещиваний, наилучшим образом влияющих на генотипическую структуру (расщепление) у потомков, для выбора наиболее эффективных способов отбора, для регуляции развития наследственных признаков, управления мутационным процессом, направленного изменения генома организма с помощью генетической инженерии и сайт-специфичного мутагенеза. Знание того, как разные способы отбора влияют на генотипическую структуру исходной популяции (породу, сорт), позволяет использовать те приемы отбора, которые наиболее быстро изменят эту структуру в желаемую сторону. Понимание путей реализации генетической информации в ходе онтогенеза и влияния, оказываемого на эти процессы окружающей средой, помогают подбирать условия, способствующие наиболее полному проявлению у данного организма ценных признаков и «подавлению» нежелательных. Это имеет важное значение для повышения продуктивности домашних животных, культурных растений и промышленных микроорганизмов, а также для медицины, так как позволяет предупреждать проявление ряда наследственных болезней человека.
Исследование физических и химических мутагенов и механизма их действия делает возможным искусственно получать множество наследственно измененных форм, что способствует созданию улучшенных штаммов полезных микроорганизмов и сортов культурных растений. Познание закономерностей мутационного процесса необходимо для разработки мер по защите генома человека и животных от повреждений физическими (гл. обр. радиацией) и химическими мутагенами.
Успех любых генетических исследований определяется не только знанием общих законов наследственности и изменчивости, но и знанием частной генетики организмов, с которыми ведется работа. Хотя основные законы генетики универсальны, они имеют у разных организмов и особенности, обусловленные различиями, например, в биологии размножения и строении генетического аппарата. Кроме того, для практических целей необходимо знать, какие гены участвуют в определении признаков данного организма. Поэтому изучение генетики конкретных признаков организма представляет собой обязательный элемент прикладных исследований.
2.Селекция
Селекция — наука о методах создания и улучшения пород животных, сортов растений, штаммов микроорганизмов. Селекцией называют также отрасль сельского хозяйства, занимающуюся выведением новых сортов и гибридов сельскохозяйственных культур и пород животных. По Н. И. Вавилову, селекция — это эволюция, направляемая волей человека. Для успешной селекционной работы учитывают: 1) исходное сортовое и видовое разнообразие растений и животных — объектов селекционной работы, 2) мутации и роль среды в проявлении и развитии изучаемых признаков, 3) закономерности наследования при гибридизации, 4) формы искусственного отбора (массовый и индивидуальный).
Селекция высокопродуктивных форм живых организмов является самым эффективным и наиболее экономически выгодным способом повышения продуктивности сельского хозяйства. Доказано, что вклад селекции в повышение в два раза урожайности основных сельскохозяйственных культур, достигнутое за последнюю четверть века в развитых странах, составляет около 50%. Так называемую «зеленую революцию» в земледелии Мексики, Индии и ряда других стран совершило внедрение низкорослых (с высотой стебля 100—110 см), полукарликовых (80—100 см) и карликовых (60—80 см) сортов риса, пшеницы и др. Они характеризуются нетолько высокой устойчивостью к полеганию, но и высокой продуктивностью колоса, главным образом за счет повышенного количества в нем зерновок.
2.2 Основные задачи селекции.
Задачи современной селекции вытекают из ее определения — это выведение новых и совершенствование уже существующих сортов растений, пород животных и штаммов микроорганизмов.
Сортом, породой и штаммом называют устойчивую группу (популяцию) живых организмов, искусственно созданную человеком и имеющую определенные наследственные особенности. Все особи внутри породы, сорта и штамма имеют идентичные, наследственно закрепленные морфологические, физиолого-биохимические и хозяйственные признаки и свойства, а также однотипную реакцию на действие факторов внешней среды.
Основными направлениями селекции являются:
1) высокая урожайность сортов растений, плодовитость и продуктивность пород животных;
2) качество продукции (например, вкус, внешний вид, лежкость плодов и овощей, химический состав зерна — содержание белка, клейковины, незаменимых аминокислот и т. д.);
3) физиологические свойства (скороспелость, засухоустойчивость, устойчивость к болезням, вредителям и неблагоприятным климатическим условиям);
4) интенсивный путь развития (у растений — отзывчивость на удобрения, полив, а у животных — «оплата» корма и т. п.).
Цели и задачи селекции как науки обусловлены уровнем агротехники и зоотехники, индустриализации растениеводства и животноводства. Например, выведены породы кур, не снижающие продуктивности в условиях большой скученности животных на птицефабриках. В последние годы особое значение приобретает селекция ряда насекомых и микроорганизмов, используемых с целью биологической борьбы с вредителями и возбудителями болезней культурных растений.
Селекция должна учитывать также и потребности рынка сбыта сельскохозяйственной продукции, удовлетворения запросов конкретных отраслей промышленного производства. Другими словами, необходима специализированная селекция. Ярким примером селекции с учетом потребностей рынка служит пушное звероводство. Например, при выращивании таких ценных зверьков, как норка, выдра, лиса и др., отбираются животные с таким генотипом, который наиболее соответствует постоянно меняющейся моде в отношении окраски и оттенков меха.
3. Тесная взаимосвязь двух наук.
Развитие селекции должно быть основано на законах генетики как науки о наследственности и изменчивости, поскольку свойства живых организмов определяются их генотипом и подвержены наследственной и модификационной изменчивости. Именно генетика прокладывает пути эффективного управления наследственностью и изменчивостью организмов. Вместе с тем селекция опирается и на достижения других наук: систематики и географии растений и животных, цитологии, эмбриологии, биологии индивидуального развития, молекулярной биологии, физиологии и биохимии. Бурное развитие этих направлений естествознания открывает совершенно новые перспективы. Уже на сегодняшний день генетика вышла на уровень целенаправленного конструирования организмов с нужными признаками и свойствами.
Генетике принадлежит определяющая роль в решении практически всех селекционных задач. Она помогает рационально, на основе законов наследственности и изменчивости, планировать селекционный процесс с учетом особенностей наследования каждого конкретного признака. Достижения генетики, закон гомологических рядов наследственной изменчивости, применение тестов для ранней диагностики селекционной перспективности исходного материала, разработка методов экспериментального мутагенеза и отдаленной гибридизации в сочетании с полиплои-дизацией, поиск методов управления процессами рекомбинации и эффективного отбора наиболее ценных генотипов с нужным комплексом признаком и свойств дали возможность расширить источники исходного материала для селекции. Кроме того, широкое использование в последние годы методов биотехнологии, культуры клеток и тканей позволили значительно ускорить селекционный процесс и поставить его на качественно новую основу. Этот далеко не полный перечень вклада генетики в селекцию дает представление о том, что современная селекция немыслима без использования достижений генетики.
4. Евгеника. Что это за наука?
Летели годы, проносились столетия, а простые смертные все так же мучились собственным несовершенством и прикидывали - как хорошо было бы жить в окружении сплошь приятных - что внешне, что внутренне - людей... И пока они страдали маниловщиной, ученые задумались о том, как достичь этого на практике.
Итак, первым, кто вплотную занялся этим вопросом, стал английский ученый - геолог, антрополог и психолог сэр Фрэнсис Гальтон. Пикантная деталь биографии: сэр Фрэнсис приходился двоюродным братом Чарльзу Дарвину и горячо поддерживал его теорию эволюции. Будучи аристократом, Гальтон не стал далеко ходить за материалами для исследования, а принялся изучать родословные прославленных благородных семейств Англии. Он пытался установить закономерности наследования таланта, интеллекта и силы. Тогда, в конце XIX - начале XX века, вообще было модно заниматься всякого рода селекцией и отбором. Сыграл свою роль тот факт, что были заново переоткрыты законы Грегора Менделя о наследовании признаков. Не остался в стороне от новых-старых веяний и Гальтон. Он рассуждал, что раз для получения новой породы необходим отбор лучших животных-производителей, то и целенаправленный подбор семейных пар должен принести свои плоды. Тем более, казалось, это так просто: чтобы рождались здоровые, красивые и талантливые дети, нужно, дабы их родителями становились лучшие из лучших! Собственно, потому-то новая наука и была названа евгеникой, что в переводе с греческого означает рождение лучших. Евгеника (от греч. — «хорошего рода», «породистый») — учение о селекции применительно к человеку, а также о путях улучшения его наследственных свойств. Вот что сам Гальтон говорил по этому поводу: Мы определяем это слово для обозначения науки, которая ни в коем случае не ограничивается вопросом о правильном спаривании и о брачных законах, но, главным образом по отношению к человеку изучает все влияния, которые улучшают расу, и эти влияния стремится усилить, а также все влияния, ухудшающие расу, и их стремится ослабить. Заметьте! Тут нет ни слова о необходимости выведения евгенически ценных популяций. И, тем не менее, очень скоро в евгеническом обществе наметился раскол. И вот почему. Любой селекционер знает: чтобы вывести новую, усовершенствованную породу, следует выбраковать порядка 95% исходного материала - животных, птиц, семян и т. д. и т. п. Основной постулат любого отбора: худшие (слабые) не должны участвовать в размножении. Вот на этот-то подводный камень и наткнулась евгеника. Тут-то и произошло лобовое столкновение новой науки с человеческими этикой и моралью.
Евгеника, безусловно, послужила одним из стимулов зарождения и развития генетики человека и ее важной части - медицинской генетики. Поставленные евгеникой цели - освободить генотип человека от вредных наследственных задатков и обогатить его ценными для физического и умственного развития генами - полностью актуальны и теперь. Однако для этого еще не наступило время. Академическая стадия развития евгеники, о которой говорили ее основоположники, еще не завершена. Нельзя, кроме того, забывать: евгеника, хотя и в извращенном виде, была использована, чтобы оправдать некоторые из наиболее страшных преступлений в истории человечества.
Сейчас евгеника - это прошлое, притом сильно запятнанное. А цели, поставленные перед евгеникой ее основателями и ею не достигнутые, перешли полностью в ведение медицинской генетики, быстро и успешно продвигающейся вперед.
В наши дни основная задача медицинской генетики и медиков в целом - управлять проявлением наследственных изменений в ходе развития ребенка - создавать адаптивную среду (климат, диета, лекарства, профессиональные вредности) для исключения или снижения заболеваемости, нетрудоспособности и смертности, обеспечивать высокое качество жизни для каждого человека в соответствии с его генотипом.
Генетика человека еще не достигла уровня, позволяющего с уверенностью определить: отсутствуют ли в генотипе человека нежелательные или вредные гены; это дело будущего, и здесь серьезные результаты должен дать международный проект Геном человека. Но даже если мы и прочтем информацию, закодированную в генетической программе человека, то вряд ли поймем все до конца. А пока - эту программу мы не писали, не прочли, не поняли, а, значит, не можем успешно корректировать.
Заключение.
Некоторые особенности новых технологий 21 века могут привести к большим опасностям, чем существующие средства массового уничтожения. Прежде всего, - это способность к саморепликации. Разрушающий и лавинно самовоспроизводящийся объект, специально созданный или случайно оказавшийся вне контроля, может стать средством массового поражения всех или избранных. Для этого не потребуются комплексы заводов, сложная организация и большие ассигнования. Угрозу будет представлять само знание: устройства, изобретённые и изготовленные в единичных экземплярах, могут содержать в себе всё, необходимое для дальнейшего размножения, действия и даже дальнейшей эволюции – изменению своих свойств в заданном направлении. Успех всех этих отраслей науки сможет радикально поднять производительность труда и способствовать решению многих существующих проблем, прежде всего, подъему уровня жизни каждого человека, но, в то, же время, и создать новые разрушительные средства.
Список использованной литературы
1. Горелов А.А. Концепции современного естествознания: учебное пособие.- М.: Издательство Юрайт; Высшее образование, 2010.- 335 с.- (Основы наук).
2. Козлов Ю. Н., Костомахин Н. М. Генетика и селекция сельскохозяйственных животных: учебное пособие.-
Издательство: КолосС, 2009 г.-264 с.
Интернет источники:
1. http://moikompas.ru/compas/genenginery
2. http://moikompas.ru/compas/eugenics
3. http://www.biol50.narod.ru/selekcia_1.html
4. http://www.newsland.ru/news/detail/id/601911/cat/69/
Филиал ФГОУ ВПО «Московский государственный университет
культуры и искусств» в городе Жуковском
Кафедра общих гуманитарных и социально-экономических дисциплин
Генетика и селекция.
Реферат по дисциплине «концепции современного естествознания»
специальность 080507 «Менеджмент организации»
Исполнитель:
студент группы М01-09
Ненахова А.Б.
Проверил:
к.п.н., Кудрова И.А.
г. Жуковский
2010 год