Министерство сельского хозяйства РФ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «»
Реферативная работа по (философии)
Тема: «Научное познание в генетической инженерии и генетика XIX века»
Выполнил: аспирант кафедры
«Химия, агрохимия и агроэкология»
Факультет технологии животноводства
и агроэкологии
2017
Оглавление
Введение
1. История генетики, основные этапы ее развития
1.1 История возникновения генетики
1.2 Основные этапы развития генетики
2. Генетическая инженерия
2.1 Научные познания в генетической инженерии
2.2 Генетически модифицированные растения
2.3 Генетическая инженерия и философские проблемы
Список литературы
Введение
Для осознания окружающего мира, необходимо четко понимать природу и механизмы ее устройства и изменения. Генетика - основа современной биологии. Этот факт становится очевидным по мере дифференциации и специализации различных биологических наук. Универсальные законы наследственности и изменчивости справедливы для всех организмов. Методы генетики применимы к любым биологическим исследованиям.
1. История генетики, основные этапы ее развития
1.1 История возникновения генетики
Генетика - одна из самых молодых биологических наук. Ей чуть более 100 лет. Однако за этот, сравнительно короткий, период генетика не только превратилась в самостоятельную научную дисциплину, но послужила фундаментом для создания некоторых других важных наук, например, молекулярной биологии и генетической инженерии. Попытки понять природу передачи признаков по наследству от родителей детям предпринимались ещё в древности. Размышления на эту тему встречаются в сочинениях Гиппократа, Аристотеля и других мыслителей.
В XVII-XVIII веках учёные стали пытаться понять процесс оплодотворения и искать, с каким началом - мужским или с женским - связанна тайна развития нового организма. В 1694 году немецкий ботаник Рудольф Каммерариус (1665-1721) обнаружил, что для завязывания плодов необходимо опыление. Тем самым к концу XVII в. была подготовлена научная почва для начала опытов по гибридизации растений. В 1760 г. немецкий ботаник Йозеф Кёльрейтер в опытах при скрещивании растений табака и гвоздикой показал, что после переноса пыльцы одного растения на пестик отличающегося по своим морфологическим признакам растения образуются завязи и семена, дающие растения со свойствами, промежуточных по отношению к обоим родителям
В конце XVIII-начале XIX в. английский селекционер-растениевод Томас Эндрю Найт, проводя скрещивание различных сортов гороха, сделал важное наблюдение - он обнаружил неделимость мелких признаков при различных скрещиваниях. Т. Найту принадлежит заслуга открытия «элементарных наследственных признаков». А Огюстен Сажрэ (1763-1851) обнаружил феномен доминантности.
Идея о дифференцирующих делениях ядра клеток развивающегося зародыша была высказана в 1883 г. немецким эмбриологом Вильгельмом Ру (1850-1924). Выводы В. Ру послужили отправной точкой для создания теории зародышевой плазмы, получившей окончательное оформление в 1892 г., когда немецкий зоолог Август Вейсман четко указал на носителей наследственных факторов - хромосомы.
Крупнейшим достижением естествознания XIX века было создание эволюционной теории. В 1859 г. Ч. Дарвин в труде «Происхождение видов» утвердил принцип эволюционного развития организмов и показал, что факторами эволюции являются естественный отбор, наследственность и изменчивость. Теория Ч. Дарвина быстро завоевала широкое признание среди учёных. Учёные понимали, что эволюция возможна только на основе возникновения у живых существ изменений и сохранения этих изменений у потомков.
Другая умозрительная гипотеза о природе наследственности была предложена немецким ботаником Карлом Негели (1817-1891) в работе «Механико-физиологическая теория эволюции» (1884). К. Негели предположил, что наследственные задатки передаются лишь частью вещества клетки, названного им идиоплазмой. Остальная часть клетки (стереоплазма), согласно его представлению, наследственных признаков не несет.
Наиболее детализированной была третья гипотеза, предложенная немецким зоологом Августом Вейсманом. Развивая идею о неравном наследственном делении, А. Вейсман логично пришел к выводу о существовании в организме двух четко разграниченных клеточных линии - зародышевых и соматических. Клетки зародышевой линии, обеспечивают непрерывную передачу наследственной информации, «потенциально бессмертны» и способны давать начало новому организму. Соматические клетки такими свойствами не обладают. Август Вейсман считал, что в половых клетках имеется особое вещество - носитель наследственности («зародышевая плазма») и отождествлял это вещество с хромосомами клеточного ядра. Предположение А. Вейсмана о ведущей роли хромосом в передаче наследственных свойств было правильным. Верными были и еще два элемента его гипотезы: 1) утверждение о большом значении скрещиваний, как причины изменчивости, дающей материал для эволюции, и 2) отрицание наследования приобретенных признаков, т. е. телесных изменений, вызываемых внешними воздействиями в течение жизни организма.
Во второй половине XIX века, Р.Вирхов выдвинул основополагающую концепцию, по которой любая клетка происходит только от клетки. Это утвердило идею о непрерывности жизни, показав, что в её основе лежит деление клеток. В 1874 г. И.Д. Чистяков, а годом позже Е. Страсбургер установили, что деление клетки связано со сложными процессами сохранения числа хромосом в дочерних клетках.
Изучая поведение хромосом в клетках, образующих гаметы, Э. Ван-Бенеден и Т. Бовери обнаружили явление мейоза. Они установили, что при мейозе происходит процесс редукции (уменьшения) числа хромосом вдвое. После слияния половых клеток с уменьшенным вдвое числом хромосом число их в ядре зиготы восстанавливается до нормального уровня. В 1896 г. вышла книга Э. Вильсона «Роль клетки в наследственности и развитии». Она явилась синтезом достижений XIX века в области клеточной теории. Её главным содержанием были доказательства того факта, что хромосомы являются физическими носителями наследственности.
Индивидуальные различия даже между близкородственными организмами не обязательно связаны с различием в генетической структуре этих особей. Такие различия могут быть вызваны разными условиями жизни сравниваемых особей. Поэтому делать заключения о генетических различиях можно только на основании анализа большого числа особей. Первым, кто привлек внимание к математическим закономерностям в индивидуальной изменчивости, был бельгийский математик и антрополог А. Кэтлэ. Он явился одним из основателей статистики и теории вероятностей.
В 1903-1909 гг. датский биолог Вильгельм Иогансен (1857-1927), обратил главное внимание на изучение генетически однородного материала. Исходя из полученных результатов, Иогансен дал точное определение понятиям «генотип» и «фенотип» и заложил основы современного понимания роли индивидуальной изменчивости.
Никто из ученых того времени не сумел открыть законов наследования. Однако сам подход к проблеме наследования путем изучения потомства от скрещивания особей с разными признаками и анализ распределения этих признаков среди потомков был совершенно правильным. Именно он подготовил почву для появления генетики как науки.
Честь открытия количественных закономерностей, принадлежит чешскому ботанику Иоганну Грегору Менделю. В работах, выполненных им в 1856-1863 г., он раскрыл основы законов наследственности. Эти закономерности впоследствии легли в основу генетики. Г. Мендель ввел понятие доминантного и рецессивного признаков. Доминантными он назвал признаки, которые переходят в гибридные растения совершенно неизменными или почти неизменными. Рецессивными он обозначил такие признаки, которые становятся при гибридизации скрытыми. В результате его работ получили прочное научное обоснование следующие обобщения: 1. Явление неравнозначности наследственных признаков. 2. Явление расщепления признаков гибридных организмов в результате их последующих скрещиваний. Были установлены количественные закономерности расщепления. 3. Обнаружение не только количественных закономерностей расщепления по внешним, морфологическим признакам, но и определение соотношения доминантных и рецессивных задатков среди форм, с виду не отличных от доминантных, но являющимися смешанными по своей природе.
Таким образом, Г. Мендель вплотную подошел к проблеме связи между наследственными задатками и определяемыми ими признаками. За счет перекомбинации задатков (впоследствии эти задатки В. Иогансен назвал генами), при скрещивании образуются зиготы, несущие новое сочетание задатков, чем и обусловливаются различия между индивидуумами. Это положение легло в основу фундаментального закона - закона чистоты гамет.
Датой рождения генетики принято считать 1900 г., когда, независимо друг от друга, три ботаника повторили открытие Г. Менделя. Ими были Гуго Де Фриз (в Голландии), проводивший опыты с маком и другими растениями, Карл Эрих Корренс (в Германии) изучавший расщепление признаков у кукурузы и Эрих фон Чермак (в Австрии) анализировавший наследование признаков у гороха.
1.2 Основные этапы развития генетики
С 1900 года генетика прошла ряд этапов развития. Каждый из них характеризовался преобладающими в то время направлениями исследований. Все этапы развития науки тесно взаимосвязаны, так как переход от одного этапа к последующему становился возможным благодаря открытиям, сделанным на предыдущем этапе. Историю генетики разделяют на пять основных этапов.
Первый этап развития генетики (1900-1910).
После повторного открытия законов Менделя началась эпоха классической генетики. Первый период характеризуется интенсивным развития менделизма, подтверждением открытых Г. Менделем законов наследственности всё новыми гибридологическими опытами, проведенными в разных странах на различных растениях и животных. В результате этих экспериментов стало ясно, что законы, установленные Г.Менделем, имеют универсальный характер. За эти годы генетика сформировалась как самостоятельная биологическая наука и получила широкое признание. Название «генетика» (от латинского слова geneo - порождаю) предложил для этой молодой науки в 1905 г. английский ученый Уильям Бэтсон (рис.). Чуть позже сложились и такие важные генетические понятия, как ген, генотип, фенотип. Эти термины были предложены в 1909 г. датским генетиком Вильгельмом Людвигом Иогансеном (рис.). В эти же годы зародились и некоторые новые важные направления генетических исследований такие как, синтез накопленных сведений о хромосомах клеточного ядра, митозе и мейозе с одной стороны и данными генетики, с другой. Уже в 1902 г. два ученых - Т. Бовери в Германии и В. Сеттон в США - одновременно обратили внимание на параллелизм в поведении хромосом при мейозе и оплодотворении с наследованием признаков по законам Менделя, что послужило предпосылкой создания хромосомной теории наследственности.
Уже на первом этапе развития генетики, прежде всего благодаря работам В. Бэтсона с курами, кроликами и мышами, стало ясно, что генотип - это не набор независимых в своем действии отдельных генов. Было показано, что гены в своем действии взаимно обусловлены и что развитие любого признака связано с действием целого ряда генов. Вместе с тем, особенности развития зависят и от условий среды. Признаки организма, его фенотип являются результатом взаимодействия наследственности и среды.
Успешному развитию генетики способствовало обоснование мутационной теории. В 1899 г. русский ботаник, профессор Томского университета С. И. Коржинский опубликовал монографию «Гетерогенезис и эволюция». В ней он привёл ряд примеров наследственной изменчивости признаков у растений и высказал мысль, что причиной появления новых наследственных свойств могут быть только единичные изменения внутренних основ наследственности. Для обозначения случаев появления наследственных уклонений Г. де Фриз ввел термин «мутация».
В 1909 г. К. Корренс опубликовал работу о наследовании ряда признаков через пластиды. Это исследование стало источником изучения внеядерной, или цитоплазматической, наследственности. Поскольку законы передачи пластид и других цитоплазматических элементов, несущих молекулы ДНК, отличаются от менделевских законов передачи хромосом, они получили название неменделевской наследственности.
В 1908 г. Г. Харди и В. Вайнберг показали, что менделевские законы объясняют процессы распределения генов в популяциях.
Второй этап развития генетики (1910-1920)
Главной отличительной чертой второго этапа развития генетики было создание и утверждение хромосомной теории наследственности. Ведущая роль в создании этой теории принадлежит экспериментальным работам американского генетика Томаса Гента Моргана (рис.) и трех его учеников - Альфреда Стертеванта (1871-1970), Калвина Бриджеса (1889-1938) и Германа Мёллера (1890-1967). В этих экспериментах, проведенных на дрозофиле, было показано, что наследственные задатки - гены - лежат в хромосомах клеточного ядра и что передача наследственных признаков определяется судьбой хромосом при созревании половых клеток и оплодотворении.
Генетические работы школы Т. Моргана помогли значительно глубже понять структуру хромосом, чем это позволяли только цитологические исследования. Сотрудники Т.Моргана научились строить хромосомные карты с указанием точного расположения на них разных генов. Хромосомная теория наследственности была крупнейшим достижением биологии. Все дальнейшее развитие генетики проходило в свете этой теории. Кроме того, хромосомная теория оказала сильное влияние на цитологию, эмбриологию, биохимию, эволюционное учение. Позже она послужила одной из предпосылок зарождения и становления современной молекулярной биологии. В этот период начинаются исследования генетики количественных признаков.