БІОЛОГІЧНЕ УСПАДКУВАННЯ: ТЕОРІЯ ТА ПОНЯТТЯ, ЯК ВОНО ПЕРЕДАЄТЬСЯ, ПРИКЛАДИ - БІОЛОГІЯ - 2025

Біологічне спадкування являє собою процес , за допомогою якого потомство клітини або організму отримує генетичне полегшення їх батьків. Вивчення генів та їх передачі від одного покоління до іншого - це поле вивчення генетики спадковості.

Спадковість можна визначити як схожість між батьками та їхніми нащадками, але цей термін також охоплює відмінності, властиві генетичній варіації, що виникає під час розмноження.

Лебідь та її молода (Зображення Ганса Бенна на сайті www.pixabay.com)

Біологічне успадкування - один з найбільш значущих ознак живих клітин і, отже, багатоклітинних організмів, оскільки означає здатність передавати властивості та характеристики, що визначаються послідовними поколіннями, співпрацюючи з адаптаційними механізмами та природним відбором.

Багато авторів вважають, що людина знайомилася з основними поняттями біологічного успадкування протягом тисячоліть, коли почалися процеси одомашнення рослин і тварин і, вибравши характеристики, які він вважав найважливішими, зробив схрещування Отримайте потомство, яке збереже ці характеристики.

Однак наше сучасне розуміння фізичних та молекулярних основ спадковості є відносно недавнім, оскільки вони не з'ясовані до початку 20 століття, коли наукове співтовариство придумало хромосомну теорію спадковості.

Незважаючи на викладене, принципи спадкоємності рис чи характерів були проаналізовані в деякій глибині за кілька років раніше Грегоріо Менделем, який в даний час вважається "батьком спадщини".

Важливо згадати, що як до, так і після формулювання цієї хромосомної теорії успадкування багато інших відкриттів мали трансцендентне значення для нашого сучасного розуміння генетики живого. Сюди можна віднести виділення та характеристику нуклеїнових кислот, відкриття та вивчення хромосом, серед інших.

Теорія біологічного успадкування

Грегор Мендель

Основні основи спадкування спочатку були запропоновані австрійським ченцем Григорієм Менделем (1822-1884) у 1856 році.

У своїх експериментах з гороховими рослинами горох Мендель зрозумів, що і подібність, і відмінності між батьками та їх нащадками можна пояснити механічною передачею дискретних спадкових одиниць, тобто генів.

Менделівський горох та їх ознаки (Джерело: Нефрон через Wikimedia Commons)

Це заклало основи розуміння сучасної генетики, оскільки було відомо, що причина спадковості ознак пов’язана з фізичним перенесенням генів на хромосоми шляхом розмноження (статевого або безстатевого).

Відповідно до отриманих ним результатів Мендель сформулював "закони успадкування", які діють сьогодні для деяких персонажів:

- Закон сегрегації: він стверджує, що гени мають "альтернативні" форми, відомі як алелі, і що вони безпосередньо впливають на фенотип (видимі характеристики).

- Закон самостійного успадкування: означає, що успадкування однієї ознаки не залежить від іншої, хоча це не зовсім вірно для багатьох характеристик.

Томас Морган у 1908 р., Вивчаючи генетику плодової мухи Drosophila melanogaster, показав, що успадкування фенотипів відбулося так, як раніше описав Мендель. Крім того, саме він з'ясував, що одиниці спадковості (гени) передаються через хромосоми.

Таким чином, і завдяки участі багатьох інших дослідників, ми сьогодні знаємо, що біологічне успадкування відбувається завдяки передачі спадкових одиниць, що містяться в хромосомах, або в аутосомних, статевих або пластидних хромосомах (в еукаріот).

Експресія або поява заданого фенотипу залежить від характеристик генотипу (домінування та рецесивність).

Основні поняття

Щоб зрозуміти, як працюють механізми біологічного успадкування, необхідно зрозуміти деякі фундаментальні поняття.

Хоча не всі успадковані ознаки обумовлені послідовністю нуклеотидів, що складають ДНК кожного організму, коли ми маємо на увазі біологічне успадкування, ми загалом говоримо про передачу інформації, що міститься в генах.

Ген

Тоді ген визначається як основна фізична одиниця успадкування, і це визначена послідовність ДНК, яка містить всю інформацію, необхідну для вираження якоїсь ознаки чи характеристики у живій істоті.

Аллели

Гени можуть мати більше однієї форми, добуток невеликих варіацій послідовності, що характеризує їх; альтернативні форми того ж гена відомі як алелі.

Алелі зазвичай визначаються відповідно до фенотипічних характеристик, які вони надають, і в популяції прийнято знаходити кілька алелів для одного і того ж гена.

ДНК, гени та хромосоми (Джерело: Thomas Splettstoesser через Wikimedia Commons)

Наприклад, ссавець успадковує два алелі кожного гена від батьків, один від матері та один від батька. Цей алель генотипу, який завжди виражається у фенотипі, називається домінантним алелем, тоді як той, який залишається "мовчазним" (якого не спостерігається фенотипічних характеристик), відомий як рецесивний алель.

У деяких випадках може статися, що обидва алелі експресуються, породжуючи появу проміжного фенотипу, саме тому вони називаються кодомінантними алелями разом.

Гомозиготність та гетерозиготність

Коли людина успадковує два однакових алелі від своїх батьків, незалежно від того, чи є вони домінуючими, чи рецесивними, це, генетично кажучи, є гомозиготним для цих алелів. Коли, з іншого боку, людина успадковує від батьків два різні алелі, один домінантний, а другий рецесивний, це називається гетерозиготним для цих алелів.

Хромосоми

Гени прокаріотичних та еукаріотичних організмів знаходяться на структурах, відомих як хромосоми. У прокаріотів, клітинах, які не мають ядра, зазвичай є лише одна хромосома; Він складається з ДНК, пов'язаної з деякими білками, має форму кругової форми і сильно згорнувся.

Еукаріоти, клітини, які мають ядро, мають одну або кілька хромосом, залежно від виду, і вони складаються з матеріалу, який називається хроматином. Хроматин кожної хромосоми складається з молекули ДНК, тісно пов'язаної з чотирма типами білків, які називаються гістонами, які полегшують її ущільнення всередині ядра.

У еукаріотів є більше одного типу хромосоми. Існують ядерні, мітохондріальні та хлоропластиди (обмежено фотосинтезуючими організмами). Ядерні хромосоми бувають аутосомними та статевими (ті, що визначають стать).

Плоїди

Ploidy - це вся кількість «наборів» хромосом, які має клітина. Наприклад, люди, як і всі ссавці та багато тварин, мають два набори хромосом, один від батька, а другий від матері, тому їх клітини, як кажуть, диплоїдні.

Гаплоїди та поліплоїди

Ті особи та / або клітини, які мають лише один набір хромосом, відомі як гаплоїди, тоді як організми, які мають більше двох наборів хромосом, у сукупності є поліплоїдами (триплоїди, тетраплоїди, гексаплоїди тощо).

Гамети

У організмів із статевим розмноженням це відбувається завдяки зрощенню двох спеціалізованих клітин, вироблених двома різними особинами: «чоловіком» і «самкою». Ці клітини є гаметами; самці виробляють сперму (тварини) або мікроспори (рослини), а жінки виробляють овулі або яєчні клітини.

У нормі хромосомне навантаження статевих клітин (гамет) є гаплоїдним, тобто ці клітини виробляються шляхом клітинного поділу, що передбачає зменшення кількості хромосом.

Генотип

У живому організмі генотип описує набір генів (з відповідними алелями), які кодують якусь певну ознаку або характеристику і які відрізняються від інших певною функцією чи послідовністю. Так генотип являє собою алельну конституцію індивіда.

Хоча, як правило, говорять, що генотип - це те, що породжує фенотип, важливо пам’ятати, що існує багато екологічних та епігенетичних факторів, які можуть спричинити появу фенотипу.

Фенотип

Фенотип буквально означає "показана форма". Багато текстів визначають його як сукупність видимих ​​характеристик організму, які є результатом як експресії його генів (генотипу), так і його взаємодії з середовищем, яке його оточує.

Більшість фенотипів є продуктом узгодженої дії більш ніж одного гена, і той самий ген може брати участь у встановленні більш ніж одного конкретного фенотипу.

Як передається генетичне успадкування?

Передача генів від батьків їх нащадкам відбувається в клітинному циклі через мітоз і мейоз.

У прокаріотів, де розмноження відбувається в основному шляхом поділу або бінарного поділу, гени передаються з однієї клітини її нащадкам за допомогою точної копії її хромосоми, яка секретується в дочірню клітину до того, як відбудеться поділ.

Багатоклітинні еукаріоти, які, як правило, характеризуються тим, що мають два типи клітин (соматичні та статеві), мають два механізми передачі або успадкування генів.

Соматичні клітини, а також більш прості одноклітинні організми, коли діляться, вони роблять це шляхом мітозу, це означає, що вони дублюють свій хромосомний вміст і виділяють копії до дочірніх клітин. Ці копії, як правило, точні, тому характеристики нових клітин еквівалентні характеристикам "попередників".

Статеві клітини відіграють основну роль у статевому розмноженні багатоклітинних організмів. Ці клітини, також відомі як гамети, продукуються мейозом, який передбачає поділ клітин із супутнім зменшенням хромосомного навантаження (вони є гаплоїдними клітинами).

Шляхом статевого розмноження дві особи передають свої гени від одного покоління до другого шляхом злиття своїх гаплоїдних гаметичних клітин та формування нового диплоїдного індивіда, який розділяє характеристики обох батьків.

Приклади спадкування

Класичні приклади біологічного успадкування, які використовуються у навчанні текстів для пояснення цього процесу, базуються на різних "модельних" організмах.

Наприклад, фруктова муха (D. melanogaster), одна з моделей дослідження для тварин, яку застосовує Томас Морган, часто має червоні очі. Однак під час своїх експериментів Морган знайшов білоголового самця і схрестив його з червоноокою самкою.

Фруктова муха. Drosophila melanogaster. Знято та відредаговано у: Санджай Ачарія

Зважаючи на те, що фенотип «червоних очей» є домінуючим у цього виду, результат першого покоління цього хреста складали особи з червоними очима. Подальші схрещування між особинами першого покоління (F1) призвели до покоління F2, в якому з'явилися обидва фенотипу.

Оскільки білі очі з'явилися лише у F2 приблизно у 50% чоловіків, Морган припускав, що це "спадкове відношення до статевої хромосоми".

Список літератури

1. Гарднер, Дж. Е., Сіммонс, Дж. Е., і Снустад, DP (1991). Принцип генетики. 8 '"Видання. Джон Вілі та сини.
2. Хендерсон, М. (2009). 50 генетичних ідей, які вам справді потрібно знати. Кверкові книги.
3. Solomon, EP, Berg, LR, & Martin, DW (2011). Біологія (9 вип.) Брукс / Коул, Cengage Learning: США.
4. Suzuki, DT, & Griffiths, AJ (1976). Вступ до генетичного аналізу. WH Freeman and Company.
5. Ватсон, Дж. Д. (2004). Молекулярна біологія гена. Пірсон Освіта Індія