Естествознание. Базовый уровень. 11 класс
Шрифт:
Рис. 103. Моногибридное скрещивание
Величайшая заслуга Менделя проявляется в том, что он установил законы наследственности, ничего не зная о её механизмах. Он опубликовал результаты своих опытов и сделанные из них выводы в 60-х гг. XIX в., когда ещё не было известно, что носителями наследственных признаков являются молекулы ДНК, входящие в состав хромосом, т. е. о существовании хромосом и нуклеиновых кислот, конечно, знали, но не догадывались, что они связаны с наследованием признаков. Мендель предположил, что развитие каждого признака определяется каким-то наследственным фактором (слово «ген» появилось много позже). В соматических клетках эти факторы находятся в двух экземплярах, которые могут быть одинаковыми (например, определять один и тот же цвет семян) или разными (определять разные цвета семян). В первом случае организм называют гомозиготным,
В настоящее время нам известно, что каждый признак определяется геном, расположенным в определённом участке хромосомы. В соматических клетках (клетках тела) число хромосом обычно в два раза больше, чем в зрелых половых клетках. Это объясняется тем, что при оплодотворении половина хромосом в яйцеклетке приходит от материнского организма и половина в ядре сперматозоида от отцовского, т. е. в ядре соматической клетки все хромосомы парные. Причём хромосомы каждой пары отличаются от других хромосом. Такие парные, одинаковые по форме и размеру хромосомы, несущие одинаковые гены, одна из которых происходит от материнского организма, а другая – от отцовского, называют гомологичными. В одинаковых локусах двух гомологичных хромосом находятся два гена, определяющие один и тот же признак. Эти гены называются аллельными генами или просто аллелями. Доминантные признаки (и соответственно аллели) обычно обозначают прописными латинскими буквами (A, B, С), а рецессивные – строчными (а, b, с).
Следует отметить, что, разбирая сейчас результаты скрещиваний, полученные Менделем, мы находимся в гораздо более выигрышном положении, чем был сам учёный в середине XIX в. В то время никто не знал о мейозе, локализации наследственной информации в хромосомах, гаплоидности и диплоидности организмов. Тем большую ценность имеют выводы, сделанные Менделем.
Давайте схематично представим результаты скрещиваний, осуществлённые Менделем, используя современные знания (рис. 104). При этом совокупность находящихся в клетке генов будем называть генотипом, а внешний вид организма (в данном случае цвет семян) – фенотипом.
Рис. 104. Цитологические основы моногибридного скрещивания F2
Для составления схемы скрещивания используют следующие обозначения: P (от лат. рarenta – родители) – родительское поколение, F1 (от лат. filii – дети) – первое поколение гибридов, F2 – второе поколение гибридов, символ – женская особь, символ – мужская, знак х – скрещивание, А – доминантный ген, отвечающий за формирование жёлтой окраски семян, а – рецессивный ген, отвечающий за зелёную окраску. Исходные родительские растения в рассматриваемом опыте были гомозиготными, т. е. содержали в обеих гомологичных хромосомах одинаковые аллели гена. Следовательно, первое скрещивание можно записать так: P ( AA х aa). Оба родительских растения могли образовывать гаметы только одного типа: женское растение – гаметы, содержащие ген А, мужское – а. Поэтому при их слиянии все особи первого поколения имели одинаковый гетерозиготный генотип (Аа) и одинаковое проявление признака (жёлтые семена). Гибриды первого поколения образовывали в равном соотношении гаметы двух типов, несущие гены А и а. При самоопылении в результате случайной встречи гамет в F2 возникали следующие зиготы: АА, Аа, аА, аа, что можно записать так: АА + 2Аа + аа. Гетерозиготные семена окрашены в жёлтый цвет, поэтому по фенотипу расщепление во втором поколении соответствует 3: 1. Понятно, что 1/3 растений, которые выросли из жёлтых семян, имеющих гены АА, при самоопылении сформируют только жёлтые семена. Остальные 2/3 растений (Аа) в следующем поколении вновь образуют расщепление признаков.
В дальнейшем Мендель проводил исследования, используя дигибридное скрещивание, т. е. учитывал наследование двух признаков (рис. 105). В этом случае он обратил внимание не только на цвет семян гороха, но и на их форму, которая может быть либо гладкой, либо морщинистой. Ему удалось показать, что оба эти признака наследуются независимо, т. е. наследование цвета семян никак не связано с наследованием их
формы. Эта закономерность получила название закона независимого расщепления или третьего закона Менделя.Рис. 105. Наследование признаков при дигибридном скрещивании
Рис. 106. Схема взаимодействия аллелей при неполном доминировании
Однако, как показали дальнейшие исследования, этот закон соблюдается не во всех случаях. Иногда признаки передаются сцепленно друг с другом. Выяснилось также, что не все закономерности, открытые Менделем, имеют всеобщий характер. Так, например, было показано, что во многих случаях не проявляется абсолютное доминирование одного гена над другим, а имеет место так называемое промежуточное наследование, или неполное доминирование. Например, иногда при скрещивании некоторых растений, имеющих красные цветки, с тем же видом, имеющим белые цветки, в первом поколении цветки получаются розовыми – происходит неполное подавление рецессивного признака доминантным (рис. 106).
1. В чём заключается гибридологический метод?
2. Что такое генотип и фенотип? Опишите фенотип вашего товарища по классу. А сможете ли вы описать его генотип?
3. Какие гены называют аллельными? Может ли у человека быть более двух аллелей одного гена? Объясните свою точку зрения.
4. Чем различаются доминантные и рецессивные признаки? Приведите примеры известных вам доминантных признаков у человека. Если необходимо, воспользуйтесь дополнительными источниками информации.
5. Какое скрещивание называют моногибридным?
Рассмотрите схему наследования признаков при дигибридном скрещивании. Сколько фенотипических классов и в каком соотношении получено в этом скрещивании? Какие генотипы соответствуют каждому фенотипическому классу? Рассчитайте, каким будет расщепление по каждому признаку отдельно.
§ 34 Хромосомная теория наследственности
Всё в хромосомах дело, и в них таится волшебство. Два разных пола – две разные у каждого проблемы. И для одних машинки в детстве – просто божество. Других от кукол не отнять, что с ними ты ни делай.
Установив свои законы наследственности, Мендель намного опередил своё время. На его работы не обратили никакого внимания, они были забыты и вновь обнаружены в начале прошлого века, когда строение клетки и её ядра стало гораздо яснее. Были открыты митоз и мейоз, и постепенно сложилось представление о том, что факторы наследственности, которые в 1909 г. датский ботаник Вильгельм Йохансен назвал генами, располагаются в хромосомах. А поскольку было известно, что в каждой клетке генов значительно больше, чем хромосом, встал вопрос, каким образом гены в хромосомах размещаются. Ответ на этот вопрос был получен в 1911 г. в результате работ американского биолога Томаса Ханта Моргана (1866–1945) (рис. 107).
Рис. 107. Т. Морган
Моргану удалось найти очень удачный объект для генетических исследований. Этим объектом оказалась дрозофила – небольшая муха, которую всегда можно увидеть, если оставить на столе на некоторое время блюдо с фруктами. Поэтому её ещё часто называют фруктовой мушкой. Преимущество использования дрозофилы в генетических исследованиях состоит в том, что, во-первых, она очень быстро размножается (каждые 14 дней образует новое поколение), а во-вторых, обладает большим набором альтернативных наследуемых признаков, что чрезвычайно удобно при использовании гибридологического метода.
Рис. 108. Схема опыта Т. Моргана
Морган проводил дигибридное скрещивание (рис. 108). Одна чистая линия мух имела серое тело и длинные крылья (доминантные признаки), а вторая – чёрное тело и зачаточные крылья (рецессивные признаки). В первом поколении, как и предполагалось, все мухи обладали серым телом и длинными крыльями, т. е. проявлялись только доминантные признаки. А вот при скрещивании гибридов первого поколения закон независимого расщепления оказался грубо нарушен. Большинство гибридов второго поколения сочетали в себе оба признака либо «дедушки» (серое тело и длинные крылья), либо «бабушки» (чёрное тело и зачаточные крылья). Сочетания, не встречавшиеся у предков (Морган назвал их рекомбинациями), встречались гораздо реже. Такие признаки, расщепление которых происходит реже, чем это следует из менделевских законов, Морган назвал сцепленными.