На втором этапе формирования генетики стали быстро развиваться некоторые генетические направления, важные для сельского хозяйства. Среди них работы по выяснению природы гетерозиса, по сравнительной генетике культурных растений, по межвидовой гибридизации плодовых растений. Активно велись исследования частной генетики разных видов культурных растений и домашних животных. Результаты этих исследований имели большое значение для разработки генетических основ селекции, семеноводства и племенного дела.
Автором первых учебников по генетике в нашей стране был Юрий Александрович Филипченко (1882-1930 гг.), первый профессор, читавший в 1914 г. курс генетики студентам Петербургского университета. Кольцов в Москве, Филипченко и Вавилов в Санкт-Петербурге привлекли к сотрудничеству ряд выдающихся биологов. В короткий срок была налажена плодотворная научная работа по многим проблемам генетики, пропаганда генетических знаний, преподавание генетики в университетах, издание оригинальных и переводных пособий по генетике. Вскоре генетические лаборатории были созданы и в других городах России. Достижения российских генетиков стали во все возрастающей степени использовать в практической работе растениеводов и животноводов.
Третий этап развития генетики (1920-1940)
Третий этап истории генетики (1920-1940 гг.) ознаменован открытием возможности искусственно вызывать мутации. О существовании внезапных наследственных изменений - мутаций знал еще Ч. Дарвин. Мутации интенсивно изучал на заре генетики Г. Де Фриз. Вслед за ним генетики уделяли изучению возникших мутаций большое внимание.
Первые данные о том, что мутации можно вызвать искусственно, были получены в 1925 г. в России Г.А. Надсоном и Г.С. Филипповым в опытах по облучению дрожжей радием. Решающие доказательства возможности экспериментального индуцирования мутаций получил в 1927 году Г. Мёллер в опытах по воздействию на дрозофилу рентгеновских лучей. Работа Г. Мёллера вызвала большое число экспериментальных исследований, проведённых на разных видах растений и животных. Исследования в области экспериментального мутагенеза привели к быстрому прогрессу в познании закономерностей мутационного процесса. Они же способствовали выяснению ряда вопросов, касающихся тонкого строения гена. Из российских исследователей следует отметить А.С. Серебровского получившего данные, доказывающие сложное строение гена. Обнаружение мутагенного эффекта радиации и химических веществ открыло новые перспективы практического использования достижений генетики. В разных странах начались работы по применению радиации для создания новых форм культурных растений и животных. В России инициаторами такой «радиационной селекции» были генетики А.А. Сапегин и Л.Н. Делоне.
На этом же, третьем этапе истории генетики возникло направление, ставящее целью изучение генетических процессов в эволюции. Основополагающие работы в этой области были выполнены английскими генетиками Р. Фишером и Дж. Холдэйном, американским генетиком С. Райтом и российским генетиком С.С. Четвериковым (рис.). Эти ученые, опираясь на большой фактический материал, убедительно показали, что генетические данные подтверждают и подкрепляют основные принципы дарвинизма. В формировании эволюционной генетики большую роль сыграли работы С. С. Четверикова и его сотрудников, осуществивших на нескольких видах дрозофил первые экспериментальные исследования генетического строения природных популяций. Очень успешно и в широком масштабе продолжалось и возглавляемое Н. И. Вавиловым изучение сравнительной генетики и эволюции возделываемых растений.
Следует особенно отметить работу сотрудника Вавилова, талантливого генетика Сергея Дмитриевича Карпеченко (1899-1942 гг.) (рис.), который экспериментально воспроизвел один из способов образования новых видов у растений. С.Д. Карпеченко добился больших успехов в создании отдаленных гибридов и в 1935 г. опубликовал монографию «Теория отдаленной гибридизации».
В 1933 г. Т. Пайнтер установил генетическое значение гигантских хромосом из клеток слюнных желез дрозофилы. В 1934 г. М. Шлезингер показал, что фаг состоит из ДНК и белков. В 1939 г. работа Е. Эллиса и М. Дельбрюка начала современную эпоху исследований по генетике фагов. Они установили, что фаг проникает в бактерию, размножается в ней и затем лизирует ее.
Период с двадцатых годов по сороковые годы прошлого столетия были временем стремительного развития генетики в России. Эти успехи связаны с деятельностью крупнейших российских ученых и их школ: Н.И. Вавилова, Н.К. Кольцова, С.С. Четверикова, А.С. Серебровского, Ю.А. Филипченко, С.Г. Навашина, И. В. Мичурина и др.
В начале двадцатых годов Н.И. Вавилов обосновал закон гомологических рядов в наследственной изменчивости. В то время широко была принята идея об абсолютной случайности мутаций. Н. И. Вавилов, обнаружив сходные мутации у разных видов, установил, что возникновение мутаций зависит от генетических свойств организмов. Он показал, что при селекции нужные признаки следует искать целенаправленно. Н.И. Вавилов открыл мировые центры происхождения растений, в которых находятся ценнейшие для селекции наборы генов. Созданная под руководством Н.И. Вавилова мировая коллекция культурных растений и их диких предков стала источником для выведения многих сотен новых сортов самых различных культур. Вокруг Н.И. Вавилова сплотились выдающиеся генетики и цитологи. Талантливый ученик Н.И. Вавилова Г.Д. Карпеченко путем удвоения хромосом впервые преодолел стерильность гибридов, полученных при скрещивании далеких видов растений. В 1927 г. он создал плодовитый межродовой гибрид, скрестив редьку и капусту. Метод удвоения хромосом у гибридов стал классическим для селекции и при экспериментальном воспроизведении процессов происхождения ряда видов.
Четвертый этап развития генетики (1940-1953)
Наиболее характерными чертами этого этапа истории генетики было развитие работ по генетике физиологических и биохимических признаков и вовлечение в круг генетических экспериментов совершенно новых для генетики объектов - микроорганизмов и вирусов. Изучение биохимических процессов, лежащих в основе формирования наследственных признаков разных организмов (дрозофилы, плесени нейроспоры, бактерии кишечной палочки и др.) позволило установить, как действуют гены.
В 1941 г. американские генетики Дж.Бидл (рис.) и Э. Тейтем (рис.) опубликовали короткую статью «Генетический контроль биохимических реакций у Neurospora», в которой сообщили о первых генетических экспериментах на микроорганизмах. В статье были описаны биохимические мутации у нейроспоры. Результаты исследований привели Дж. Бидла и Э. Тейтема к важному обобщению, согласно которому всякий ген определяет синтез в организме одного фермента. Эта формула: «один ген - один фермент» была впоследствии уточнена и стала звучать: «один ген - один белок» или, ещё точнее, «один ген - один полипептид». Биохимические мутации стали важнейшим инструментом для анализа действия генов на отдельные звенья биохимических синтезов.
Очень большое значение для развития генетики имело выяснение в 1944 г. американским генетиком О. Эвери с сотрудниками природы генетической трансформации у бактерий. Эта работа показала, что носителем наследственных потенций организма служит дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) хромосом. Этот вывод был мощным толчком к изучению тонкого химического строения, путей биосинтеза и биологических функций нуклеиновых кислот. Поэтому работы О. Эвери и сотрудников явилась отправной точкой развития молекулярной генетики и всей молекулярной биологии. К числу наиболее важных результатов, достигнутых в этом направлении к концу рассматриваемого (четвёртого) периода следует отнести установление того, что инфекционным элементом вирусов служит их нуклеиновая кислота, открытие в 1952 г. американскими генетиками Дж. Ледербергом и М. Зиндером явления трансдукции (переноса бактериофагами генов бактерий), и особенно выяснение в 1953 г. структуры ДНК английским физиком Ф. Криком (рис.) и американским биологом Джеймсом Уотсоном.
Получили дальнейшее развитие работы по генетике природных популяций. Особенно интенсивно они проводились в США Ф. Добржанским с сотрудниками и в России Н. П. Дубининым с сотрудниками. В эти же годы появились первые высокопродуктивные сорта культурных растений, созданные на основе мутаций, искусственно вызванных радиацией, начались попытки применять для этого химические мутагены, были широко внедрены в сельскохозяйственную практику генетические методы использования гетерозиса.
В России в начале рассматриваемого периода генетические исследования развивались успешно и продолжали занимать одно из ведущих мест в мире. Однако в России (СССР) ещё в середине 30-х годов стали пропагандироваться, а с середины 40-х годов получили широкое распространение взгляды Т.Д. Лысенко, полностью отрицавшего законы Менделя, хромосомную теорию наследственности, учение о мутациях, а также ряд основных положений дарвинизма. Академик Т. Д. Лысенко в докладе «О положении в биологической науке» показал теоретическую никчемность и практическую бесплодность менделизма-морганизма. Теоретическая основа современного вейсманизма - так называемая хромосомная теория наследственности - чисто спекулятивное схоластическое построение. Утверждение менделистов о существовании бессмертного вещества наследственности является мифом, особенно убедительно разоблачённым в экспериментах мичуринцев по вегетативной гибридизации растений
С.В. Кафтанов, министр высшего образования, издавший в 1948 г. приказ, уничтоживший генетику в советских ВУЗах. После августовской сессии ВАСХНИЛ были закрыты все генетические лаборатории. Многие выдающиеся исследователи оказались в лагерях. ГУЛАГа В тюрьме ГУЛАГа погиб в 1943 году и наш крупнейший ученый, генетик с мировым именем Николай Иванович Вавилов.
Временная популярность воззрений Т.Д. Лысенко и его сторонников в партийно-правительственном аппарате СССР объяснялась в значительной мере обещаниями, что даваемые ими рекомендации быстро приведут к резкому повышению урожайности сельскохозяйственных растений и продуктивности домашних животных. Практика показала полную несостоятельность этих рекомендаций. В итоге к концу 50-х годов ошибочность антигенетических концепций Лысенко стала очевидной даже для тех руководителей государства, кто его поддерживал. Но пока это произошло, генетические исследования в нашей стране оказались остановленными, прекратилась подготовка генетических кадров, не издавалась литература по генетике. В результате монополизма Т.Д.Лысенко и его сторонников были разгромлены научные школы в генетике, ошельмованы честные ученые, деградировало биологическое и сельскохозяйственное образование, затормозилось развитие биологии и сельского хозяйства
Возрождение генетики в России (СССР) началось только в начале 60-х годов, когда биология начала освобождаться от "идеологически выдержанных" воззрений сторонников Т.Д. Лысенко. Процесс этого освобождения проходил очень трудно.
Пятый, современный этап развития генетики (с 1953)
Пятый этап развития генетики продолжается с 1953 г. по настоящее время. Начало современному периоду развития генетики положило открытие в 1953 г. структуры молекулы ДНК английским физиком Френсисом Криком и американским биологом Джеймсом Уотсоном . Эта работа Ф. Крика и Дж. Уотсона сыграла выдающуюся роль во всем последующем развитии молекулярной генетики и молекулярной биологии.
Для современного этапа истории генетики наиболее характерно исследование генетических явлений на молекулярном уровне. Этот путь диктовался всем предыдущим развитием генетики. Она все глубже проникала в природу генетических процессов. Переход к работе на молекулярном уровне стал возможным благодаря внедрению в генетику новых химических, физических и математических подходов и методов.
В этот новейший этап развития генетики были сделаны выдающиеся открытия, которые сыграли большую роль в прогрессе генетики и всей биологии. Было установлено, что гены представляют участки гигантских полимерных молекул нуклеиновых кислот и различаются числом и порядком входящих в их состав нуклеотидов. Работы американского биохимика Эрвина Чаргаффа (рис.) показали, что строение ДНК основано на парности оснований (А=Т; Ц=Г). Английский биофизик Морис Уилкинс (Лауреат Нобелевской премии 1962 г.) с помощью рентгеноструктурного анализа установил двунитевое строение молекул ДНК. Весь этот комплекс биологических и физико-химических знаний привел в 1953 г. Дж. Уотсона и Ф. Крика к построению двуцепочечной спиральной структуры молекулы ДНК и ее генетической интерпретации. Эта работа явилась переломной для развития биологии XX века. Генами оказались относительно небольшие наборы нуклеотидов в длинных полинуклеотидных цепях, ауторепродукция оказалась свойством двойной спирали молекулы ДНК при превращении каждой из полинуклеотидных цепей в матрицу, на которой синтезируется идентичная (комплементарная) дочерняя молекула ДНК.
Совместными усилиями генетиков, физиков и биохимиков было выяснено, что наследственная информация закодирована в химической структуре генов. При наличии только четырех оснований, входящих во все гены, было очевидно, что их информация должна реализоваться только через генетический код. В конце 50-х - начале 60-х годов Ф. Жакоб, Ж. Moнo, А. Львов, Ф. Крик, С. Очоа, М. Ниренберг и другие исследователи разрешили проблему генетического кода и переноса генетической информации с молекул генов в цитоплазму, где идет синтез белков.