БИОЛОГИЧЕСКАЯ НАСЛЕДСТВЕННОСТЬ: ТЕОРИЯ И КОНЦЕПЦИИ, КАК ПЕРЕДАЕТСЯ, ПРИМЕРЫ - БИОЛОГИЯ

Биологическое наследование представляет собой процесс , посредством которого потомство клетки или организма получает генетическое облечение их родителей. Изучение генов и того, как они передаются от одного поколения к другому, - это область изучения генетики наследственности.

Наследственность можно определить как сходство между родителями и их потомками, но этот термин также включает в себя различия, присущие генетической изменчивости, возникающей во время воспроизводства.

Лебедь и ее детеныш (Изображение Ханса Бенна на www.pixabay.com)

Биологическое наследование является одним из наиболее важных атрибутов живых клеток и, следовательно, многоклеточных организмов, поскольку означает способность передавать свойства и характеристики, определяемые последовательными поколениями, сотрудничая с адаптивными механизмами и естественным отбором.

Многие авторы считают, что человек познакомился с основными концепциями биологической наследственности за тысячи лет, когда начались процессы одомашнивания растений и животных, и, выбрав характеристики, которые он считал наиболее важными, он скрестил их с Получите потомство, которое сохранит эти характеристики.

Однако наше нынешнее понимание физических и молекулярных основ наследственности относительно недавно, поскольку они не были прояснены до начала 20-го века, когда научное сообщество придумало хромосомную теорию наследственности.

Несмотря на вышесказанное, принципы наследуемости черт или признаков были подробно проанализированы несколькими годами ранее Грегорио Менделем, которого в настоящее время считают «отцом наследственности».

Важно отметить, что как до, так и после формулировки этой хромосомной теории наследования многие другие открытия имели трансцендентное значение для нашего современного понимания генетики живых существ. Они могут включать в себя выделение и характеристику нуклеиновых кислот, открытие и изучение хромосом, среди прочего.

Теория биологической наследственности

Грегор Мендель

Основные принципы наследования были первоначально предложены австрийским монахом Григорием Менделем (1822–1884) в 1856 году.

Мендель понял из своих экспериментов со скрещиванием растений гороха, что как сходства, так и различия между родителями и их потомками могут быть объяснены механической передачей дискретных наследственных единиц, то есть генов.

Горох Менделя и его свойства (Источник: Nefronus через Wikimedia Commons)

Это заложило основы понимания современной генетики, поскольку было известно, что причина наследственности признаков была связана с физическим переносом генов на хромосомах посредством репродукции (полового или бесполого).

По полученным результатам Мендель сформулировал «законы наследования», которые действуют сегодня для некоторых персонажей:

- Закон сегрегации: он утверждает, что у генов есть «альтернативные» формы, известные как аллели, и что они напрямую влияют на фенотип (видимые характеристики).

- Закон независимого наследования: подразумевает, что наследование одного признака не зависит от наследования другого, хотя это не совсем верно для многих характеристик.

Томас Морган в 1908 году, изучая генетику плодовой мушки Drosophila melanogaster, показал, что наследование фенотипов происходит, как ранее описано Менделем. Более того, именно он выяснил, что единицы наследственности (гены) передаются через хромосомы.

Таким образом, и благодаря участию многих других исследователей, сегодня мы знаем, что биологическое наследование происходит благодаря передаче наследственных единиц, содержащихся в хромосомах, в аутосомных, половых или пластидных хромосомах (у эукариот).

Выражение или появление данного фенотипа зависит от характеристик генотипа (доминирование и рецессивность).

Базовые концепции

Чтобы понять, как работают механизмы биологической наследственности, необходимо понимать некоторые фундаментальные концепции.

Хотя не все унаследованные черты обусловлены последовательностью нуклеотидов, составляющих ДНК каждого организма, когда мы говорим о биологическом наследовании, мы обычно говорим о передаче информации, содержащейся в генах.

Gen

Таким образом, ген определяется как фундаментальная физическая единица наследования и представляет собой определенную последовательность ДНК, которая содержит всю информацию, необходимую для выражения некоторой черты или характеристики живого существа.

аллели

Гены могут иметь несколько форм, результат небольших вариаций в последовательности, которая их характеризует; альтернативные формы одного и того же гена известны как аллели.

Аллели обычно определяются в соответствии с присваиваемыми ими фенотипическими характеристиками, и в популяции часто можно найти несколько аллелей для одного и того же гена.

ДНК, гены и хромосомы (Источник: Томас Сплеттстессер через Wikimedia Commons)

Например, млекопитающее наследует два аллеля каждого гена от своих родителей, один - от матери, а другой - от отца. Аллель генотипа, который всегда выражается в фенотипе, называется доминантным аллелем, а тот, который остается «молчаливым» (для которого не наблюдаются фенотипические характеристики), известен как рецессивный аллель.

В некоторых случаях может случиться так, что оба аллеля экспрессируются, вызывая появление промежуточного фенотипа, поэтому их вместе называют кодоминантными аллелями.

Гомозиготность и гетерозиготность

Когда индивид наследует два идентичных аллеля от своих родителей, независимо от того, являются ли они доминантными или рецессивными, это с генетической точки зрения известно как гомозиготное по этим аллелям. Когда, с другой стороны, человек наследует от своих родителей два разных аллеля, один доминантный, а другой рецессивный, это называется гетерозиготным для этих аллелей.

Хромосомы

Гены прокариотических и эукариотических организмов находятся в структурах, известных как хромосомы. У прокариот, клеток, не имеющих ядра, обычно имеется только одна хромосома; Он состоит из ДНК, связанной с некоторыми белками, имеет круглую форму и сильно скручен.

Эукариоты, клетки, имеющие ядро, имеют одну или несколько хромосом, в зависимости от вида, и они состоят из материала, называемого хроматином. Хроматин каждой хромосомы состоит из молекулы ДНК, тесно связанной с четырьмя типами белков, называемых гистонами, которые способствуют его уплотнению внутри ядра.

У эукариот существует более одного типа хромосом. Есть ядерные, митохондриальные и хлоропластиды (только фотосинтезирующие организмы). Ядерные хромосомы бывают аутосомными и половыми (те, которые определяют пол).

Плоидность

Плоидность - это все количество хромосомных «наборов», которые есть у клетки. Например, люди, как и все млекопитающие и многие животные, имеют два набора хромосом, один от отца, а другой от матери, поэтому их клетки считаются диплоидными.

Гаплоиды и полиплоиды

Те люди и / или клетки, которые имеют только один набор хромосом, известны как гаплоиды, в то время как организмы, которые имеют более двух наборов хромосом, вместе являются полиплоидами (триплоиды, тетраплоиды, гексаплоиды и т. Д.).

Половые клетки

У организмов с половым размножением это происходит благодаря слиянию двух специализированных клеток, продуцируемых двумя разными особями: «самцом» и «женщиной». Эти клетки - гаметы; самцы производят сперму (животные) или микроспоры (растения), а самки производят яйцеклетки или яйцеклетки.

Обычно хромосомная нагрузка половых клеток (гамет) гаплоидна, то есть эти клетки образуются путем деления клеток, которое включает уменьшение количества хромосом.

Генотип

В живом организме генотип описывает набор генов (с соответствующими аллелями), которые кодируют какой-то конкретный признак или характеристику и которые отличаются от других определенной функцией или последовательностью. Таким образом, генотип представляет собой аллельную конституцию человека.

Хотя обычно говорят, что генотип - это то, что порождает фенотип, важно иметь в виду, что существует множество экологических и эпигенетических факторов, которые могут определять появление фенотипа.

Фенотип

Фенотип буквально означает «показанная форма». Многие тексты определяют его как набор видимых характеристик организма, которые являются результатом как экспрессии его генов (генотипа), так и его взаимодействия с окружающей средой.

Большинство фенотипов являются продуктом согласованного действия более чем одного гена, и один и тот же ген может участвовать в установлении более чем одного конкретного фенотипа.

Как передается генетическая наследственность?

Передача генов от родителей к их потомкам происходит в клеточном цикле через митоз и мейоз.

У прокариот, где размножение происходит в основном за счет двудольного или бинарного деления, гены передаются от одной клетки к ее потомкам через точную копию ее хромосомы, которая секретируется в дочернюю клетку до того, как происходит деление.

Многоклеточные эукариоты, для которых обычно характерны два типа клеток (соматические и половые), имеют два механизма передачи или наследования генов.

Соматические клетки, а также более простые одноклеточные организмы, когда они делятся, они делают это путем митоза, что означает, что они дублируют свое хромосомное содержимое и выделяют копии в направлении своих дочерних клеток. Эти копии обычно точны, поэтому характеристики новых клеток эквивалентны характеристикам «предшественников».

Половые клетки играют фундаментальную роль в половом размножении многоклеточных организмов. Эти клетки, также известные как гаметы, продуцируются мейозом, который включает деление клеток с сопутствующим снижением хромосомной нагрузки (это гаплоидные клетки).

Посредством полового размножения два человека передают свои гены от одного поколения к другому, объединяя свои гаплоидные гаметические клетки и образуя новую диплоидную особь, которая имеет общие характеристики обоих родителей.

Примеры наследования

Классические примеры биологической наследственности, используемые в учебных текстах для объяснения этого процесса, основаны на различных «модельных» организмах.

У плодовой мухи (D. melanogaster), например, одной из моделей животных, используемых Томасом Морганом, часто бывают красные глаза. Однако в ходе своих экспериментов Морган нашел белоглазого самца и скрестил его с красноглазой самкой.

Плодовая муха. Drosophila melanogaster. Взято и отредактировано: Санджай Ачарья

Учитывая, что фенотип «красные глаза» является доминирующим у этого вида, результатом первого поколения этого скрещивания стали особи с красными глазами. Последующие скрещивания между особями первого поколения (F1) привели к поколению F2, в котором проявились оба фенотипа.

Поскольку белые глаза появляются только в F2 почти у 50% мужчин, Морган предположил, что это «наследование, сцепленное с половыми хромосомами».

Ссылки

Гарднер, Дж. Э., Симмонс, Дж. Э. и Снустад, Д. П. (1991). Принцип генетики. 8 '"издание. Джон Уайли и сыновья.
Хендерсон, М. (2009). 50 идей генетики, которые вам действительно нужно знать. Книги Quercus.
Соломон, Е.П., Берг, Л.Р., и Мартин, Д.В. (2011). Биология (9-е изд.). Брукс / Коул, Cengage Learning: США.
Судзуки Д. Т. и Гриффитс А. Дж. (1976). Введение в генетический анализ. WH Freeman and Company.
Уотсон, JD (2004). Молекулярная биология гена. Pearson Education в Индии

БИОЛОГИЧЕСКАЯ НАСЛЕДСТВЕННОСТЬ: ТЕОРИЯ И КОНЦЕПЦИИ, КАК ПЕРЕДАЕТСЯ, ПРИМЕРЫ - БИОЛОГИЯ - 2025