Генетика и эволюционная теория – биология

Генетика и теория эволюции. Генетика популяций

Популяцией называется совокупность особей одного вида, занимающих определенную территорию и обменивающихся генетическим материалом. Ввиду того, что живые организмы, входящие в одну популяцию, свободно скрещиваются между собой, можно охарактеризовать совокупность генов, свойственную всей популяции в целом и называемую генофондом популяции.

В каждом поколении отдельные особи вносят больший или меньший вклад в общий генофонд в зависимости от их приспособительной ценности. Неоднородность организмов, входящих в популяцию, создает условия для действия естественного отбора, поэтому популяция считается наименьшей эволюционной единицей, с которой начинаются эволюционные преобразования вида.

Популяция, таким образом, представляет собой надорганизменную форму организации жизни.

Популяция, однако, не является полностью изолированной группой. Иногда происходит скрещивание между особями различных популяций, хотя это бывает гораздо реже, чем между организмами одной популяции. Если же какая-либо популяция окажется полностью, географически или экологически, изолированной от других, она может дать начало новому подвиду, а впоследствии и виду.

Продолжительность жизни любой отдельной особи в сопоставлении с временным масштабом эволюции настолько мала, что ее индивидуальный генотип не может иметь какого-либо значения в эволюционном процессе.

Поэтому реальные эволюционные сдвиги могут происходить только в популяциях, которые существуют в течение значительно большего времени.

Популяция характеризуется относительной генетической обособленностью от других популяций того же вида и обладает общим генофондом, обеспечивающим генотипическое сходство входящих в нее особей.

Но у отдельных особей популяции иногда возникают наследственные изменения, которые в результате свободного скрещивания распространяются в популяции. В результате этого внутри популяции появляется генетическая неоднородность особей, которая создает условия для естественного отбора. Следовательно, популяция представляет собой элементарную биологическую единицу, где возникают эволюционные процессы.

Популяция является частью вида, то есть все особи, ее составляющие, принадлежат к одному виду. Но популяция значительно более однородна по генотипическому составу, так как между ее особями постоянно происходит обмен генами, что нетипично для представителей всего вида в целом. Кроме того, генетическая обособленность популяции является относительной.

При нарушении изоляции между различными популяциями становится возможным скрещивание, то есть взаимный обмен генами. В результате через некоторое время популяции смешаются. Вид же представляет собой генетически замкнутую систему.

Это означает, что представители одного вида не могут скрещиваться с представителями других видов, а следовательно, мутация, возникшая внутри одного вида, никогда не выйдет за его пределы.

Промежуточной формой между популяцией и видом является подвид, который представляет собой группу популяций, заметно отличающуюся от других групп того же вида по генотипу и фенотипу. Иногда в подвид входит только одна популяция, что характерно для организмов, обитающих на изолированных островах.

Разные популяции одного вида отличаются по частоте генов. Каковы же причины, препятствующие смешиванию популяций?

Основными причинами, обусловливающими различную частоту определенных генов (вернее, аллелей) среди популяций одного вида, являются независимое появление в них мутаций различного типа и генетический дрейф. Последний может возникнуть при отделении новой популяции от родительской из-за того, что процент определенных аллелей среди отделившихся особей будет иным, чем в исходной популяции.

Например, некий аллель встречается в популяции в 1% случаев. Допустим, что 10 животных из этой популяции были занесены на изолированный остров и там образовали новую популяцию. Если среди этих десяти одно было носителем данного аллеля, то его частота в новой популяции будет составлять уже 10%. Если же не было ни одного, то в образовавшейся популяции этот аллель будет отсутствовать.

Второй причиной генетического дрейфа являются волны (флуктуации) численности популяций. Флуктуации могут быть сезонными (например, повышение численности в период размножения и постепенное ее снижение до начала следующего периода) или годичными (увеличение численности в годы с благоприятными условиями жизни и ее снижение при неблагоприятных климатических или других условиях).

После очередного спада численности популяции оставшаяся часть особей может отличаться по генетическому составу от прежней, многочисленной, популяции, так как часть мутаций по чисто случайным причинам может полностью исчезнуть из популяции вместе с гибелью их носителей, а другая часть может так же чисто случайно возрасти. Поскольку такие изменения носят случайный характер, их результат в других популяциях будет совершенно иным.

Главной причиной, препятствующей смешиванию популяций, является их пространственная или экологическая изоляция. Наиболее распространенной и изученной является географическая (пространственная) изоляция, когда между популяциями возникают преграды в виде гор, водных пространств и т.д.

Кроме географической возможна экологическая изоляция, когда популяции занимают различные экологические ниши (местообитание в пределах одного водоема или леса, сроки размножения и т.д.). В этом случае скрещивание также становится невозможным, что приводит к образованию новых видов.

Генетической структурой популяции называют соотношение в ней различных генотипов и аллельных генов. Математик Д. Харди и врач В. Вайнберг сформулировали закон, согласно которому относительные частоты генов (гомо- и гетерозигот) в популяции при свободном скрещивании не изменяются из поколения в поколение.

Этот закон справедлив только для так называемой «идеальной» популяции: такая популяция должна быть достаточно велика, в ней не должно быть отбора, мутаций, миграции особей.

Была выведена формула, которая позволяет по фенотипам определять соотношение генотипов и аллельных генов в такой популяции:, где р — частота встречаемости доминантного аллеля A; q — частота встречаемости рецессивного аллеля а.

Для эволюции важным является как раз нарушение равновесия генов; идеальной популяции в природе не существует.

Связь генетических процессов с начальными этапами эволюции впервые установил замечательный русский ученый С.С. Четвериков (1926). Он считал, что в основе эволюционных процессов лежат насыщенность природных популяций рецессивными мутациями и колебания частот генов в популяции в зависимости от факторов внешней среды.

Накопление в пределах популяции рецессивных мутаций, которые не проявляются фенотипически, создает резерв наследственной изменчивости (И.И. Шмальгаузен). При возрастании концентрации мутаций возрастает и вероятность скрещивания особей, несущих аллельные рецессивные гены, в результате чего мутации проявляются фенотипически и попадают под контроль естественного отбора.

Таким образом, изменения в популяциях происходят в соответствии с направлением естественного отбора.

Источник: https://scribble.su/ege/ege-2018-biology/146.html

29.Генетика и эволюционная теория

Современные генетические данные позволяют по-новому и более глубоко понять теорию Ч.Дарвина.

Становится ясным, что в основе его формулировки неопределенной изменчивости, которая, по мнению Дарвина, играет важную роль в предоставлении материала для естественного отбора, могут, как потом выяснили, лежать мутационные процессы. Именно мутации дают первичный материал для эволюции.

Основной формой существования вида являются популяции. Знание генетических процессов, происходящих в популяциях, необходимо для изучения начальных этапов эволюции.

У животных плотность популяции и ее динамика регулируются не только спонтанными поведенческими и физиологическими механизмами, но и путем перестройки ее генетической структуры.

В настоящее время интенсивно развивается особое направление генетики, называемое генетикой популяций. Генетика популяций имеет большое значение для современной микроэволюционной теории.

В основе генетической изменчивости популяций находятся закономерности наследования признаков (собственно наследуется не признак, а код наследственной информации, определяющий норму реакции генотипа).

Генетика популяций, как самостоятельная наука, существует с начала XX века. Основоположником нового направления генетических исследований популяций считают датского генетика, автора термина «популяция» Вильгельма Иогансена (1857 — 1927), который в 1903 г.

опубликовал работу «О наследовании в популяциях и чистых линиях».

Ученый экспериментально доказал эффективность действия отбора в природных популяциях и одновременно с этим показал неэффективность действия отбора в чистых линиях (в гомозиготном потомстве, получаемом от одной самооплодотворяющейся особи).

Природные популяции представляют собой гетерогенные смеси генотипов. Совокупность всех генов популяции вида составляет ее генофонд. Все природные популяции насыщены мутациями.

Колебания численности (волны жизни, или популяционные волны) могут привести к повышению гомозиготности популяции и утрате отдельных аллельных генов. Термин «волны жизни» предложен крупным отечественным генетиком С.С.Четвериковым в 1905 г.

Волны жизни могут быть сезонными (периодическими), генетически обусловленными и несезонными (результат воздействия популяцию различных факторов среды).

Эволюционное значение волн жизни заключается в том, что этот процесс может приводить к случайным изменениям концентрации различных мутаций и генотипов в популяции. Популяционные волны могут оказывать влияние на направленность и интенсивность естественного отбора.

При низкой численности популяции волны жизни, приводящие к резким колебаниям численности особей, представляют собой определенную опасность. Исследования С.С.

Четверикова и его последователей показали, что в природных популяциях растений и животных, при всей их относительной фенотипической однородности, они насыщены разнообразными рецессивными мутациями. Мутированные хромосомы постепенно распространяются в пределах популяции. Фенотипически мутации проявляются только в случае гомозиготности. Как раз в условиях повышенной концентрации мутаций вероятность скрещивания особей, несущих рецессивные аллели, значительно возрастает. Это приводит к проявлению мутаций в фенотипе, и они попадают под прямой контроль естественного отбора.

При отсутствии давления внешних факторов и соблюдении принципа панмиксии (свободное, не близкородственное скрещивание) частоты генотипов в популяции сохраняются неизменными, находясь в определенном равновесии в соответствии с законом Харди—Вайнберга (1908).

Закон установлен независимо друг от друга английским математиком Годфри Харди и немецким генетиком Вильгельмом Вайнбергом. Закон описывает распределение частот генотипических классов в панмиксической популяции при различиях в одной паре аллелей.

Можно представить, что в популяции число форм, гомозиготных по аллелям АА и аа, одинаково. При панмиксии при образовании зигот возможны различные комбинации.

Это же соотношение сохранится во всех последующих поколениях. При частоте аллеля А, равной р, и частоте аллеля а, равной q, частоты трех генотипических классов {АА, Аа и аа) составляют: р 2 + 2pq + q 2 = 1. Это формула Харди— Вайнберга. Закон Харди — Вайнберга — один из фундаментальных законов

популяционнои генетики, выражающий проявление менделевских закономерностей наследования на популяционном уровне. Закон

характеризует состояние популяции при относительном постоянстве внешних факторов.

Источник: http://www.xn--90aeobaarlnb3f3fe.xn--p1ai/load/obshhaja_biologija/29_genetika_i_ehvoljucionnaja_teorija/3-1-0-38

эволюционная генетика – это… Что такое эволюционная генетика?

эволюционная генетика — Раздел генетики, исследующий роль факторов наследственности и изменчивости в биологической эволюции, а также генетические аспекты процессов видообразования. [Арефьев В.А., Лисовенко Л.А. Англо русский толковый словарь генетических терминов 1995… … Справочник технического переводчика
Генетика — Фрагмент ДНК Генетика (от греч. γενητως … Википедия
генетика — [нэ], и; ж. [от греч. genētikos относящийся к рождению, происхождению]. Наука о законах наследственности и изменчивости организмов. Г. человека. Г. растений. Медицинская г. Космическая г. * * * генетика (от греч. génesis происхождение), наука о… … Энциклопедический словарь
Эволюционная биология развития — (англ. evolutionary developmental biology, evo devo) область биологии, которая, сравнивая онтогенез различных организмов, устанавливает родственные связи между ними и вскрывает развитие онтогенетических процессов в ходе эволюции. Она… … Википедия
Эволюционная психология — (англ. evolutionary psychology) молодое и активно развивающееся направление современной психологии, которое занимается изучением видоспецифических психологических особенностей человека как представителя вида Homo sapiens (человек… … Википедия
ГЕНЕТИКА — (от греч. genesis происхождение), наука о наследственности и изменчивости живых организмов и методах управления ими. В её основу легли закономерности наследственности, обнаруженные Г. Менделем при скрещивании разл. сортов гороха (1865), а также… … Биологический энциклопедический словарь
Эволюционная дистанция — – величина, характеризующая генетические различия между двумя организмами. Находится путём сравнения нуклеотидных последовательностей гомологичных генов. Мерой генетических различий считается процент несовпадений нуклеотидов в соответствующих… … Википедия
Эволюционная биология — Ископаемый археоптерикс, обнаруженны … Википедия
Эволюционная теория пола В. А. Геодакяна — Проверить нейтральность. На странице обсуждения должны быть подробности … Википедия
Эволюционная педагогика — (ЭП) (англ. Evolutionary Pedagogics) педагогика, в которой обучение рассматривается как процесс познавательной деятельности, соответствующий естественным законам развития человека, занимается изучением видоспецифических особенностей его… … Википедия

Источник: https://dic.academic.ru/dic.nsf/genetics/4286/%D1%8D%D0%B2%D0%BE%D0%BB%D1%8E%D1%86%D0%B8%D0%BE%D0%BD%D0%BD%D0%B0%D1%8F

Генетика и теория эволюции

Связь генетики с эволюцией впервые в 1926 г. установил советский генетик Сергей Сергеевич Четвериков (1880—1959). Он показал, что первые элементарные эволюционные процессы начинаются в популяциях. Природные популяции при относительной фенотипической однородности по генетической структуре разнородны и насыщены множеством скрытых мутаций, образующих резерв наследственной изменчивости.

Генетической структурой популяции называется соотношение в ней различных генотипов и аллельных генов. Ее изучали английский математик Гарди и немецкий врач Вайнберг.

Они установили, что при идеальных условиях — крупной популяции, отсутствии мутаций, миграций и отбора — соотношение генотипов и аллельных генов во всех поколениях постоянно. Например, в популяции дрозофилы число особей с серым телом (АА) в 4 раза больше, чем с черным (аа).

Следовательно, в этой популяции 0,8 женских и мужских гамет несет ген А и 0,2 — ген а. Соотношение генотипов в F1, будет следующим:

или 0,64АА : 0,32Аа : 0,04аа. В F1 гаметы с геном А будут возникать с частотой 0,80 (0,64 от АА +0,16 от Аа), а с геном а — 0,20 (0,04 аа + 0,16 от Аа), т. е. в тех же частотах, что и у исходных форм. Следовательно, соотношение генотипов в F2 (и последующих поколениях) будет таким же — 0,64АА : 0,32Аа: 0,04аа.

Гарди и Вайнберг предложили формулу, позволяющую по фенотипам определять соотношение генотипов и аллельных генов в идеальной популяции: р2АА+ +2pqAa+qaa=1, где р — частота встречаемости гена A; q — гена а.

Пользуясь этой формулой, можно прогнозировать эпидемии и распространение аномалий в популяциях человека, определять частоты полезных и вредных мутаций в популяциях растений и животных, которые необходимо учитывать при восстановлении исчезающих видов и создании новых сортов и пород. Эта формула служит стандартом при количественной оценке эволюционных изменений в популяциях.

Резерв наследственной изменчивости в популяции образуется за счет мутаций. Доминантные мутации возникают редко, сразу проявляются и подвергаются отбору. Рецессивные мутации в гетерозиготном состоянии фенотипически не проявляются, но, участвуя в скрещиваниях, насыщают генофонд популяции и образуют новые генотипы.

Генофонд популяций пополняется также за счет генного потока — миграции особей из других популяций, приносящих новые гены. Они, так же как мутации, участвуя в скрещиваниях, первое время существуют в скрытом гетерозиготном состоянии.

Резерв наследственной изменчивости образуется еще и за счет комбинаций, которые объединяют в одном генотипе и обезвреживают разнонаправленные мутации.

Накапливаясь в популяции, скрытые мутации частично переходят в гомозиготное состояние (аа) и тогда проявляются фенотипически. В постоянных условиях стабилизирующий отбор устраняет их как несоответствующих условиям среды.

В меняющихся условиях, при действии движущего отбора, резерв наследственной изменчивости позволяет популяции приспосабливаться к новым условиям среды.

Чем больше генотипов в популяции, тем шире ее норма реакции, тем вероятнее ее выживание в меняющихся условиях и возможность полнее использовать новые места обитания.

Селекция (от лат. «селектио» — отбор) — наука о выведении новых и совершенствовании существующих сортов культурных растений, пород домашних животных и штаммов микроорганизмов, соответствующих потребностям человека и уровню производительных сил общества.

Сорт, порода и штамм — это популяции, искусственно созданные человеком, имеющие определенные наследственные особенности: комплекс морфологических и физиологических признаков, продуктивность и норму реакции. Их ценность определяется количеством ч качеством продукции, приспособленностью к условиям среды, механизированному возделыванию и др.

Эти качества наиболее полно проявляются при определенной агротехнике, содержании, кормлении, культивировании и почвенно-климатических условиях. Поэтому сорта и породы, созданные в одном районе, далеко не всегда пригодны для других. Создатель современной генетической основы селекции Н. И.

Варазнообразный исходный материал объекта селекции, его наследственную изменчивость, закономерности наследования интересующих признаков, роль среды в их формировании и формы отбора для их выявления и закрепления.

Теоретической основой селекции является генетика, разрабатывающая проблемы наследственной изменчивости, системы скрещивания и отбора. Основные методы селекции — гибридизация и отбор.

Этапы селекционной работы. В качестве исходного материала в селекции используют естественные мутации, возникающие в природных популяциях, особенно в центрах происхождения культурных растений и животных (см. табл.), а также среди сортов и пород, искусственные мутаций, созданные при воздействии физических и химических мутагенов, комбинативную изменчивость, образующуюся при скрещиваниях.

В качестве исходных могут быть использованы также культурные сорта, созданные в других районах:

Центры происхождения культурных растений
(выборочно по Н. И. Вавилову)

Центры	Растения
1. Южно-Азиатский	Рис, сахарный тростник, цитрусовые
2. Восточно-Азиатский	Просо, гречиха, корнеплоды, груши, яблони, сливы, цитрусовые
3. Юго-Западно-Азиатский	Пшеница, бобовые, плодовые, виноград, тыквенные
4. Средиземноморский	Овощные, кормовые
5. Эфиопский	Зерновые, кофе, сорго, арбуз
6. Центральноамериканский	Кукуруза, подсолнечник, тыква, какао
7. Южно-Американский	Картофель, табак, арахис

Географические области приручения животных совпадают с центрами происхождения культурных растений.

Скрещивание (гибридизация) — следующий этап селекции.

Оно бывает двух видов: близкородственное скрещивание — инбридинг, позволяющее перевести рецессивные гены в гомозиготное состояние; неродственное скрещивание, помогающее объединить в одном организме ценные признаки разных форм. Неродственное скрещивание может быть внутривидовым — скрещивание особей разных сортов или пород одного вида, и отдаленным — скрещивание особей разных видов и родов.

Отбор является завершающим этапом селекции. Различают две формы отбора:

Массовый отбор — выделение группы особей, сходных по фенотипу, но дающих расщепление при размножении. Поэтому отбор повторяют в ряде поколений.
Индивидуальный отбор — выделение ценных единичных форм и раздельное выращивание потомства каждой особи. Такой отбор приводит к созданию сорта или породы, представляющих одну или несколько чистых линий. Чистой линией называют потомство одной самоопыляемой особи, сохраняющее постоянный генотип при семенном размножении.

Результаты отбора более эффективны, если они осуществляются на фоне среды, максимально способствующей проявлению нормы реакции генотипа отбираемых особей. Так, при создании морозоустойчивых форм сеянцы необходимо выращивать в открытом грунте района, для которого предназначается сорт. Это обеспечивает формирование у них свойства зимостойкости.

Выведение новых и улучшение существующих сортов, пород и штаммов — важное государственное дело.

В нашей стране в разных почвенно-климатических зонах создана рациональная сеть селекционных научно-исследовательских институтов, станций, племенных хозяйств, сортоиспытательных участков, занимающихся выполнением этой задачи.

За годы Советской власти в СССР созданы сотни высокопродуктивных сортов зерновых, масличных, плодовых, овощных и других сельскохозяйственных растений. В настоящее время в стране ведется активная селекционная работа призванная внести весомый вклад в решение Продовольственной программы страны.

Селекция растений. Биологические особенности растений позволяют в селекционной работе с ними использовать инбридинг, полиплоидию, искусственный мутагенез, отдаленную гибридизацию и др.

Принудительное самоопыление (инбридинг), как специфический прием, используют в работе с перекрестно-опыляемыми растениями. Его ведут в течение 6—7 лет. При этом рецессивные гены переходят в гомозиготное состояние.

Гомозиготность по нежелательным генам ведет к депрессии, а по ценным — позволяет выделить чистые линии, дающие при скрещивании мощные, высокопродуктивные межлинейные гибриды (69). Явление гибридной мощи называется гетерозисом. Причины его окончательно не выяснены.

Полагают, что он связан с высокой гетерозиготностью и случайным удачным сочетанием у гибридов генов, определяющих хозяйственно-ценные признаки. При семенном размножении в последующих поколениях гетерозис исчезает, при вегетативном — сохраняется.

Наибольший эффект дает скрещивание межлинейных гибридов для получения двойных межлинейных гибридов, повышающих урожай на 25—30%. Гетерозис широко используют для получения высоких урожаев кукурузы, огурцов, томатов, лука и других культур.

Полиплоидию издавна использовали при создании сортов пшеницы, овса, картофеля, хлопчатника, плодовых, декоративных культур и др.

В последние годы разработаны методы искусственного получения полиплоидов при воздействии на растущие ткани растений разными мутагенами (в основном колхицином), разрушающими веретено деления клетки. Так, из диплоидных (2n) образуются тетраплоидные (4n) формы.

Большинство их неперспективны, но отдельные формы сложат ценным материалом для гибридизации и отбора. Таким методом получены ценные полиплоиды сахарной свеклы, ржи, гречихи и других культур.

При воздействии радиационных и других химических мутагенов на пыльцу, почки, прорастающие семена и другие делящиеся ткани растений получены искусственные мутанты пшеницы, томатов, хлопчатника, кукурузы.

Отдаленная гибридизация позволяет в одном организме совместить признаки разных видов и родов. Получать такие формы из-за нескрещиваемости родителей и бесплодия гибридов очень сложно. Для преодоления этих преград советские селекционеры-генетики И. В. Мичурин и Д. Г. Карпеченко разработали эффективные методы по преодолению нескрещиваемости исходных форм: метод смеси пыльцы, «посредника» и др.

На основе отдаленной гибридизации при скрещивании пырея с пшеницей советский генетик Н. В. Цицин создал ценные сорта пшеницы. Аналогично были получены новые сорта картофеля, табака и других культур.

В разработку теории и практики селекции в СССР большой вклад внес выдающийся русский ученый-селекционер И. В. Мичурин. Наибольший эффект в его работах получило скрещивание географически отдаленных форм.

Так, скрещивая французский сорт груши Вере рояль с дикой уссурийской и выращивая сеянцы в условиях Мичуринска, он создал сорт Бере зимняя (70), сочетающий высокие качества плодов с зимостойкостью.

Для улучшения вкусовых качеств плодов в первые годы плодоношения сеянцев он прививал в их крону черенки родителя с высококачественными плодами. Этот прием он назвал ментором (воспитателем). Используя его, Мичурин получил сорта яблок: Бельфлер китайка, Ранет бергамотный и др. И. В.

Мичурин скрещивал и систематически отдаленные формы, например яблоню с грушей, вишню с черемухой и др. Он вывел около 300 новых сортов плодовых растений и разработал методы, которые успешно используют в селекции других культур.

В различных районах СССР созданы ценные сорта по всем ведущим сельскохозяйственным культурам. Например, П. П.

Лyкьяненко, скрещивая далекие эколого-географические популяции, создал высокоурожайный сорт пшеницы — Безостая -1. С его участием созданы еще более ценные сорта Аврора и Кавказ.

При направленном изменении яровой пшеницы в озимую В. Н. Ремесло вывел высокоурожайные, зимостойкие сорта озимой пшеницы Мироновская-808 и др.

Ценные сорта подсолнечника Передовик, Маяк с масличностью выше 50% получил В. С. Пустовойт. Их возделывание дает ежегодно стране дополнительно тысячи тонн продовольственного масла. Получено много ценных сортов овощных, плодовых, прядильных и других культур.

В селекции животных при подборе исходных пар учитывают их родословную, продуктивность в ряде поколений; экстерьер — телосложение и соотношение частей тела, связанных с ценными хозяйственными признаками.

По потомству предварительно определяют наследственность самцов по тем признакам, которые у них не проявляются (молочность, яйценоскость и др.). Близкородственное скрещивание используют для закрепления рецессивных хозяйственно-ценных признаков с учетом возможности появления депрессии.

Неродственное скрещивание используют для получения интенсивных привесов на основе гетерозиса, а также для объединения в одном организме ценных признаков разных пород, видов и родов.

За годы Советской власти в СССР создано 10 пород крупного рогатого скота, 15—свиней, 11 — лошадей, 20 — овец, 20 — кур и др.

Специфику селекционной работы с животными можно проследить на примере создания М. Ф. Ивановым высокопродуктивной породы свиней — белой украинской. Исходными он взял географически отдаленные породы: мать — устойчивую к местным условиям — украинскую, а отца — высокопродуктивную белую английскую. Первое поколение унаследовало признаки матери.

Для насыщения гибридов ценными генами отцовской породы Иванов провел близкородственное скрещивание наиболее ценных маток из F1 с хряком английской породы.

Проводя отбор, он скрестил маток и хряка из этого поколения и получил несколько линий.

Скрещивая их между собой и ведя целенаправленный отбор, он создал новую породу свиней, устойчивую к местным условиям, отличающуюся большой массой, быстрым ростом, высоким качеством мяса.

Для получения особо выносливых форм в селекции животных используют дикие и полудикие виды. Например, в Казахстане Н. С.

Бутурин, скрещивая местных тонкорунных овец с диким бараном-архаром, получил выносливую породу овец, дающую ценное руно,— архаромеринос.

В Средней Азии получены гибриды яка с крупным рогатым скотом, отличающиеся высокой выносливостью и, по сравнению с яком, более ценными молочными и мясными свойствами.

В звероводстве ведется селекция по созданию новых форм норок, песцов, черно-бурых лисиц и других животных с ценным качеством меха, пригодных для клеточного содержания.

Большая селекционная работа осуществляется в заповедниках в целях сохранения и восстановления исчезающих видов: зубров, соболей, бобров и других животных.

Селекция микроорганизмов — молодая, развивающаяся отрасль.

Основное ее направление — получение высокопродуктивных микроорганизмов при воздействии лучами Рентгена, ультрафиолетовыми лучами и химическими мутагенами. Чередование обработки мутагенами с отбором через несколько этапов дает новый штамм, по количеству продукции в десятки раз превосходящий исходный.

Например, советский генетик С. И. Алиханян, используя данный метод, через 10 лет получил штамм пенициллина, активность которого в 50 раз превышала исходные формы. В результате чего стоимость пенициллина снизилась в 150 раз.

Сейчас все антибиотики, применяемые в медицине и животноводстве, вырабатывают из мутантных штаммов.

Аналогичным методом получают штаммы продуцентов аминокислот, витаминов и других органических веществ.

Селекция используется для получения новых штаммов микроорганизмов, используемых в хлебопечении, виноделии, сыроварении и других отраслях пищевой промышленности.

Источник: https://kaz-ekzams.ru/biologiya/uchebnaya-literatura-po-biologii/biologiya-spravochnye-materialy/702-genetika-i-teoriya-yevolyucii-2.html

«Эволюция и Генетика» (стр. 1 из 3)

Федеральное агентство по образованию.

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Тверской Государственный Университет».

Факультет психологии и социальной работы.

Дисциплина «Концепции современного естествознания»

Реферат на тему: «Эволюция и Генетика».

Выполнил студент Золотёнкова А.А.

Проверил доктор биологических наук Комин Сергей Владимирович.

Тверь 2007

Оглавление.

– Основы генетики

– Разновидности мутаций. Мутации – основной материал для эволюции.

– Изучение генетических основ эволюции.

– Проблемы теории эволюции. Системы Аристотеля, Линнея, Ламарка.

– Эволюция по Ч. Дарвину.

– Популяция – элементарная единица эволюции.

– Общая схема микроэволюции. Макроэволюция.

– Синтетическая теория эволюции.

– Используемая литература.

Основы генетики.

Генетика – наука о наследственности и изменчивости живых организмов и методах управления ими. В её основу легли закономерности, установленные чешским ученым Грегором Менделем (1822-1884) при скрещивании различных сортов гороха.

Наследственность – это неотъемлемое свойство всех живых существ сохранять и передавать в ряду поколений характерные для вида или популяции особенности строения, функционирования и развития.

Наследственность обеспечивает постоянство и многообразие форм жизни и лежит в основе задатков, ответственных за формирование свойств и признаков организма.

Благодаря ней некоторые виды оставались почти неизменны на протяжении сотен миллионов лет, воспроизводя за это время огромное количество поколений.

В тоже время в природе существуют различия между особями разных видов, так и одного и того же вида, сорта, породы и т.д. Это свидетельствует о том, что наследственность неразрывно связана с изменчивостью.

Изменчивость – способность организмов в процессе онтогенеза приобретать новые признаки и терять старые.

Изменчивость выражается в том, что в любом поколении отдельные особи чем-то отличаются и друг от друга, и от своих родителей.

Причиной этого является взаимодействие 2х факторов: наследственной информации, полученной от родителей, и конкретных условий внешней среды, в которых произошло индивидуальное развитие каждой особи.

Наследственность обеспечивает сохранение признаков и свойств организмов на протяжении многих поколений, а изменчивость обуславливает формирование новых признаков в результате изменения генетической информации или условий внешней среды.

Ген – функционально не делимая единица наследственного материала, определяющая проявление отдельного элементарного признака или свойства организма.

Совокупность генов в диплойдном наборе хромосом называется генотипом .

Совокупность внешних и внутренних признаков организмов называется фенотипом.

Разновидности мутаций. Мутации – материал эволюции.

Мутация – редкие, случайно возникающие стойкие изменения генотипа, затрагивающие весь геном (совокупность генов), целые хромосомы или их части. Конечный эффект мутации – изменение свойств белков. Мутационная изменчивость играет роль главного поставщика наследственных изменений. Именно она является первичным материалом всех эволюционных преобразований.

Принята распространенная классификация мутаций на Соматические и половые, последние делятся на три вида: Генные, Хромосомные, Геномные.

Генные мутации – наиболее частые. Они затрагивают изменения в структуре и порядке генов.

Их делят на синонимичные (замена триплета, без замены аминокислоты), несинонимичные (мутации в несинонемичных триплетах с последующей заменой аминокислоты и изменением структуры белка: 99% – летальны, 0, 01% – материал для эволюции), нонсенс (замена триплета на начало, конец или стоп сигнал 99% – летальны, 0, 01% – материал для эволюции). Мутации отдельных генов происходят редко, все они, как правило, случайны.

Хромосомные мутации – также играют важную эволюционную роль. Они связаны с изменением части или участка хромосом. Прежде всего, необходимо указать на удвоение генов в одной хромосоме, т. к.

именно благодаря этому в процессе эволюции накапливается генетический материал.

Нарастание сложности организации живого в ходе исторического развития в значительной степени опиралось на увеличение количества генетического материала.

Геномные мутации – приводят к кратному изменению всего генома. Частный случай полиплоидия – кратное увеличение числа хромосом у растений. У животных встречается крайне редко.

Она характеризуется более крупными размерами и мощным ростом. Существует и другая классификация мутаций на аутосомные и мутации в половых хромосомах.

Первые часто смертельны для организма (болезнь Дауна, синдром кошачьего крика).

Вторые связаны с изменениями в половых хромосомах (синдром Жанны Д`арк, Тернера, «ген преступности»). Также существуют более мелкие классификации мутаций на: доминантные рецессивные, вредные и полезные, летальные и полулетальные и т.д.

В естественных условиях они появляются под влиянием факторов внешней и внутренней среды. К ним относятся химические факторы (компоненты табака, формальдегиды, кофеин, пищевые консерванты и т.д.), физические факторы (ионизирующее излучение), биологические факторы (вирусы).

Одна из наиболее важных задач современной генетики является получение направленных мутаций, для достижения управления наследственностью.

Изучение генетических основ эволюции.

В 1904 г. К. Пирсон обосновал так называемый закон стабилизирующего скрещивания, согласно которому в условиях свободного скрещивания при любом исходном соотношении численности гомозиготных и гетерозиготных родительских форм в результате первого же скрещивания внутри сообщества устанавливается состояние равновесия.

В 1908 г. английский математик Г.

Харди пришел к выводу, что в неограниченно больших популяциях при наличии свободного скрещивания, при отсутствии давления мутаций, миграция и отбор относительная численность гомозиготных (как доминантных, так и рецессивных) и гетерозиготных особей будет сохранятся постоянной при условии равенства произведения числа гомозиготных (как доминантных, так и рецессивных) особей квадрату половины числа гетерозиготных форм. Эти закономерности длительное время не были признаны биологами-эволюционистами.

Лишь в 1926 г. С.С. Четвериковым была опубликована большая работа, привлекшая внимание к общебиологическому значению выкладок Пирсона и Харди. Четвериков подробно рассмотрел биолого-генетические основы эволюции и заложил основы новой научной дисциплины – популяционной генетики. Дальнейшее развитие популяционной генетики связано с работами С. Райта, Р. Фишера, Н.П.Дубининым и др.

Четвериков и его ученики Н.К. Беляев, С.М. Гершензон. П.Ф. Рокицкий и Д.Д. Ромашов впервые осуществили экспериментально-генетический анализ природных популяций дрозофилы, полностью подтвердивший их насыщенность рецессивными мутациями.

Было также установлено, что сохранение и распространение мутаций в популяции определяется генетико-автоматическими процессами. Детальный анализ этих процессов был проведен Ромашовым (1931), Дубининым (1931) и Райтом (1921, 1931).

Последний назвал их “явление дрейфа генов в популяции”, а Четвериков – “генетико-стохастическими “, подчеркнув их вероятностно-статистическую природу.

Статистический анализ, показал, что в результате генетико-автоматических процессов уничтожаются множество возникших мутации и лишь некоторые доводятся до уровня заметных концентраций.

В силу вероятностной природы генетико-автоматических процессов они могут то устранять отдельные мутации, то поднимать их численность, позволяя отбору осуществлять механизм “проб и ошибок”. Генетико-автоматические процессы постоянно выносят редкие мутации до уровня действия отбора и этим помогают последнему быстро “пересмотреть” новые варианты мутантов. Таким образом, генетико-автоматические процессы ускоряют эволюцию новых мутаций за счет сокращения ранних этапов размножения вновь возникших мутаций.

Детальное изучение генетических структур природных популяций и скорости распространения мутаций в природе превратилось сейчас в область биологии, активно разрабатываемую на основе математических методов.

Проблемы теории эволюции. Системы Аристотеля, Линнея, Ламарка.

Теория эволюции занимает особое место в изучении истории жизни. Она является фундаментом для всего естествознания. Применительно к живым организмам эволюцию можно определить, как постепенное развитие сложных организмов из присутствующих более простых с течением времени.

Представление об эволюции берет свое начало от Аристотеля(384-322 до н. э.) Именно он первым сформулировал теорию непрерывного развития живого из неживой материи, создав представление о «лестнице природы» применительно к миру животных.

Во всех органических телах он различал две стороны: материю, обладающую различными возможностями и форму – душу.

Аристотель различал три вида души: растительная, присущая растениям; чувствующая, свойственная животным и разумная, которой наделён только человек.

Большой вклад в создание системы взглядов о теории эволюции внес Карл Линней (1707-1778). Он предложил систему: класс, отряд, род, вид. Под последним он понимал группу организмов, происходящих от общих предков и дающих при скрещивании плодовитое потомство.

Всех животных Линней разделил на 6 классов (млекопитающие, птицы, амфибии, рыбы, насекомые и черви) поместив Человека рядом с обезьянами, оговорившись, что близость в системе не говорит о кровном родстве. Вопроса о происхождении видов для Линнея не существовало.

Читайте также: Происхождение птиц

Он полагал, что все виды созданы «всемогущим творцом».

Источник: http://MirZnanii.com/a/287137/evolyutsiya-i-genetika

Генетика и эволюционная теория в Южном федеральном университете

Генетика и эволюционная теория в Южном федеральном университете1

A.B. Усатов

Южный федеральный университет, Ростов-на-Дону, Россия; [email protected]

Статья посвящена становлению и развитию генетики и эволюционной теории в Ростове-на-Дону и, в частности, в Южном федеральном университете, как основном научном центре исследований в области этих двух наук.

Проанализированы основные этапы, направления и результаты исследований, продемонстрирована преемственность в воспитании и образовании молодого поколения генетиков. Особо выделен вклад Ю.А.

Жданова в восстановление и поддержку классической генетики в университете в начале 60-х годов прошлого века.

Ключевые слова: Южный федеральный университет, генетика, селекция, теория эволюции, Ю.А. Жданов.

Развитие генетики и эволюционной теории на Дону неразрывно связано с Южным федеральным университетом. Впервые в университете в 1919 г. курс лекций по наследственности и изменчивости организмов начал читать почвовед Александр Федорович Лебедев, в нём он излагал, главным образом, основы менделизма. Сплотив вокруг себя группу талантливых студентов, А.Ф.

Лебедев начал научно-исследовательскую работу в новом и весьма оригинальном для того времени направлении — получение с помощью физических и химических факторов индуцированных мутаций у растительных объектов. Однако отсутствие экспериментальной базы в университете в то время тормозило развитие этих работ. По его инициативе в 1923 г.

была создана Донская селекционная станция, первым директором которой был назначен А.Ф. Лебедев. На станции её сотрудниками совместно с преподавателями и студентами университета была проведена большая кропотливая работа в практической области селекции растений. В 1926—1927 гг. по командировке Наркозема и Донского университета А.Ф.

Лебедева направляют за границу, в США, где он кроме своей основной работы в области почвоведения, занимается изучением физиологических особенностей хлорофильных мутантов кукурузы. Результаты этих исследований были доложены им в 1927 г. на IV Интернациональном конгрессе по генетике и селекции в Берлине. К сожалению, с переездом А.Ф. Лебедева в г. Ленинград в 1930 г.

чтение лекций в Донском государственном университете по курсу «Генетика» прекратилось.

После реорганизации университета в 1934 г. в качестве обязательного предмета в учебный план биологического факультета вновь вводится курс «Генетика». Его чтение было поручено ученику А.Ф.

Лебедева Ивану Фёдоровичу Лященко, который в 1935 г. организовал кабинет генетики и селекции, а в 1937 г. был назначен заведующим вновь организованной кафедры генетики и дарвинизма.

Основной акцент в этот период был направлен на изучение генетики иммунитета подсолнечника к заразихе,

1 Представляем краткое изложение доклада на конференции, обзор которой приведён в этом же номере. См.: Макаренко В.П. История отечественной биологии на теоретическом семинаре по проблемам русской мысли и политики // Историко-биологические исследования. 2017. № 2. С. 136-146.

представлявшей в те годы реальную угрозу для аграриев, которая сводила урожаи этой важнейшей для нашего региона сельскохозяйственной культуры практически к нулю.

Следует напомнить, что заразиха — это бесхлорофилльное цветковое, то есть высшее растение без фотосинтеза, живущее за счёт хозяина, в данном случае подсолнечника. Две публикации И.Ф.

Лященко были представлены в Доклады Академии наук СССР Н.И. Вавиловым, которого он хорошо знал лично.

Интересно отметить, что в настоящее время эта проблема вновь возникла на юге России. Появились новые расы, преодолевающие иммунитет современных сортов. Данный феномен является хорошим примером приспособительной эволюции паразитов. Таким образом, генетики без работы не останутся и будут востребованы при любой оптимизации отечественной экономики. Природа о нас заботится…

Отечественная война и августовская сессия ВАСХНИЛ (1948 г.) драматично замедлили развитие генетики в нашей стране и, в частности, в Ростовском университете. В 1948 г.

кафедра генетики и дарвинизма была закрыта, а персонал кафедры влился в состав кафедры физиологии растений, которая стала называться кафедрой физиологии растений и генетики.

Здесь я бы хотел подчеркнуть смелость и порядочность сотрудников биологического факультета, которые, несмотря на реальную угрозу в то время для них лично, не выдали морганистов-вейсманистов партийным органам. Поэтому мрачный период для генетики в нашем университете прошел относительно мягко.

Следующий этап развития генетики в Ростовском университете пришелся на начало 1960-х гг. Этот временной отрезок неразрывно связан с Юрием Андреевичем Ждановым, который, будучи ректором, в 1963 г. фактически «переоткрыл» многострадальную кафедру. Нужно было срочно наверстывать упущенное время. Вдохновлённый переменами И.Ф.

Лященко под непосредственным кураторством Ю.А. Жданова интенсифицирует научную работу. Проведённые под его руководством исследования спонтанных мутаций у пшеницы послужили основой для серии работ по изменению природы пшениц и ячменей путем гибридизации и экспериментального мутагенеза.

Была выяснена генетическая природа пшениц и ячменей двуручек, создан исходный материал для селекции пшениц с повышенной зимостойкостью, засухоустойчивостью, а также с высокими показателями качества зерна для пищевой продукции. Наиболее широкий размах получили генетические исследования спонтанных хлорофильных мутаций подсолнечника.

В результате получены оригинальные данные о гетерозисе у гибридов между зелеными растениями и хлорофильными мутантами, о механизмах обратных мутаций (реверсий).

Также был накоплен огромный фактический материал (свыше 1000 инбредных линий подсолнечника), представляющий интерес для практической селекции, который, к большому сожалению, в последующие годы в силу различных причин был утрачен.

Основная проблема, с которой столкнулся в то время И.Ф. Лященко — это вопрос о кадрах. На кафедре необходимо было срочно формировать коллектив генетиков-единомышленников и, по возможности, закрыть вход «творческим дарвинистам» и «мичуринцам».

А других-то практически и не осталось. Поэтому остро стала проблема нового поколения.

За короткий период Иван Фёдорович подготовил десять кандидатов наук, среди которых лучшие — Юрий Дмитриевич Белецкий и Евгений Петрович Гуськов, начали создавать собственные научные школы.

В 1969 г. Ю.Д. Белецкий совместно с Е.К. Разорителевой и Ю.А. Ждановым сообщили о выдающемся открытии — эффективном методе, с помощью нового класса

114

ИСТОРИКО-БИОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ. 2017. Том 9. № 2

химических мутагенов в сотни раз повышающим индукцию внеядерных хлорофилль-ных мутаций у подсолнечника. Эти результаты получили высокую оценку у зарубежных специалистов.

Открытие простого и эффективного метода реализовалось в создании уникальной коллекции внеядерных хлорофильных мутантов высших растений, включающей несколько сотен линий. Под руководством Ю. Д.

Белецкого была проведена кропотливая работа по изучению физиолого-биохимических и генетических особенностей полученных мутантов, выделению форм с хозяйственно-ценными признаками, соле- и засухоустойчивостью, исследованию механизмов индукции внеядерных мутаций.

Внезапная смерть Ю.Д. Белецкого оставила его многочисленных учеников без руководителя. Эту функцию взял на себя его младший коллега Е.П. Гуськов. В 1963 г. Гуськов окончил Ростовский университет по специальности «зоолог». В 1966 г.

он занял должность ассистента кафедры цитологии и генетики, в 1975 г. — возглавил кафедру, в 1982 г. стал директором НИИ биологии при РГУ.

На лекциях Евгений Петрович всегда подчеркивал, что современный уровень исследований в биологии, и в частности в генетике, может быть достигнут только при комплексном анализе биологических процессов в тесном взаимодействии трёх наук — генетики, биохимии и физиологии.

Он любил повторять своим ученикам, что «генетика — это только сейф, биохимия — ключи от сейфа, а физиология — это область, в которой будут потрачены капиталы, после их извлечения из открытого сейфа».

Кстати, в 1982 г. кафедру генетики вновь закрыли, как всегда, из лучших побуждений, дабы повысить эффективность учебного процесса. Вновь открыта она была только через десять лет, благодаря титаническим усилиям Ю.Д. Белецкого и Е.П. Гуськова.

Область научных интересов Е.П. Гуськова была чрезвычайно широка — от вопросов генетики до проблем эволюции, философии и методологии научного познания. Им, совместно с Ю.А. Ждановым и О.А.

Бессоновым (геохимиком, профессором геологического факультета) была предложена новая модель возникновения и становления биосферы, глубоко проанализированы причины вымирания видов, сформулирована новая гипотеза об определяющей роли хемароморфозов в появлении многоклеточно-сти и прогрессивной эволюции биоты.

В своих последних трудах он пытался соединить естественный и гуманитарный подход к изучению Природы.

Причем гуманитариям он в «доступной» форме терпеливо разъяснял последние достижения в области не только генетики, но, пожалуй, и всей биологии, а нам, генетикам, постоянно предлагал проанализировать и обсудить философские проблемы биологической эволюции, возникновение вида Homo sapiens, культуры, нравственности и т. д.

Безусловно, главным вдохновителем и учителем в этих вопросах для Евгения Петровича, и не только для него, был Юрий Андреевич Жданов. Я помню, как Юрий Андреевич настоятельно рекомендовал Е.П.

Гуськову ещё раз внимательно проанализировать философскую систему Гегеля, в которой, по мнению Жданова, заложена основа синтеза знаний о природе и обществе. Чуть позже я поинтересовался у Евгения Петровича., — «Ну и как Гегель?». «Тяжело, — ответил он.

— Но раз Папа (так Гуськов в узком кругу называл Ю.А. Жданова) сказал “надо”, значит, в этом обязательно что-то есть…»

Приятно отметить, что сегодня научное направление внеядерной генетики подсолнечника продолжают развивать уже молодые талантливые исследователи, аспиранты и студенты кафедры генетики Южного федерального университета. С помощью современных молекулярно-генетических и электронно-микроскопических методов новое поколение генетиков проводит сравнительный анализ генетического разно-

образия клеточных органелл — пластид и митохондрий у дикорастущих и культурных форм различных видов растений. Причём эти исследования мы проводим на образцах Мировой коллекции ВИР (г. Санкт-Петербург).

Наконец-то стало возможным приступить к реализации идеи Лященко—Белецкого—Гуськова—Жданова — от конкретных экспериментальных фактов в области генетики органелл подсолнечника к фундаментальным вопросам генетических основ эволюции растений.

Для ростовских генетиков вновь открылись горизонты научного творчества. Жаль, что нас уже не могут оценить наши Учителя.

Заключая краткую историческую справку, я хочу отметить, что ростовским генетикам чрезвычайно повезло — несмотря на экстремальную внешнюю среду, с которой столкнулась наша наука (а может, и благодаря ей), целая плеяда Учителей бескомпромиссно защищала и отстаивала нравственные принципы, которые мы — их ученики, должны не только сохранить, но и передать следующему поколению. Образно говоря, как генетические программы от родителей потомкам.

Genetics and Evolutionary Theory at the Southern Federal University

Alexander V. Usatov

Southern Federal University, 105/42, Bolshaya Sadovaya Str., Rostov-on-Don, Russia; [email protected]

The article is devoted to the formation and development of genetics and evolutionary theory in Rostov region, more specifically at the Southern Federal University, as it is the main scientific research center for these two disciplines of biology.

The article analyzes the main stages, directions and investigations results, also it shows the continuity in education and formation of young generation of geneticists. The article highlights the contribution of Yu.A.