Добро
пожаловать на наш сайт!
ПОЗНАНИЕ
ПРОДОЛЖАЕТСЯ...
15.04.2019 20:45 дата обновления страницы
Наука о жизни
Дата создания сайта:
08/12/2012
Дата создания
сайта: 08/12/2012 Дата обновления главной страницы:
15.04.2019 20:45
icq:
613603564
Генетика наука о наследственности
Почему обезьяна не превратится в белого медведя, даже если она станет
жить около Северного полюса? Есть ли возможность получить с одного
гектара 100 ц пшеницы? Как скажутся в XXI в. последствия атомных взрывов
на потомках современных жителей Хиросимы и Нагасаки? Смогут ли
космонавты в полетах к дальним мирам управлять жизнью микроорганизмов и
растений, которые будут находиться вместе с ними в кабинах кораблей? От
чего зависит пол новорожденного, и почему мальчики и девочки рождаются
примерно в одинаковом количестве? Есть еще тысячи глубоко интересных
"почему?", на которые должна ответить генетика - наука о
наследственности. В одном подмосковном поселке в январе, в
двадцатиградусный мороз, вы на открытом воздухе можете увидеть обезьян.
Правда, они не резвятся, как летом, среди берез, - берегут тепло, но
живут, рождают детенышей. Странно, не правда ли?
Уже несколько лет ученые акклиматизируют обезьян, приучают их к суровым
климатическим условиям. Опыты удачные. Через два-три года обезьяны
настолько привыкают к русскому морозу, что в январе их не заманишь в
теплое помещение.
Для физиолога ничего странного в этом нет: приспособляемость живых
существ так велика, что на первый взгляд кажется даже невероятной.
Но почему у обезьяны и в более северных районах Земли детеныши в
точности похожи на своих родичей в Африке?
Это наследственность. Как эстафету, передают человек, животное,
растение, микроорганизм- все живое - своим потомкам накопленные и
отшлифованные за многие сотни тысяч лет только им присущие признаки:
-человек - человеческие, обезьяна - обезьяньи, волк - волчьи, тополь -
тополиные и т. д.
Где же скрываются эти признаки? Кто бережно от поколения к поколению
несет их?
Ответ однозначен - живая клетка!
Сегодня никто не сомневается, что существует единый "кирпичик", из
которого выкладывается величественное здание жизни. Живая клетка -
основа всех форм жизни на Земле. Исключение составляют лишь вирусы,
однако и они не могут функционировав вне клеток, которые представляют coбoй
"дом", где "живут" эти своеобразные биологические образования.
Как же устроена клетка?
Все тело клетки называют протопластом. Оно окружено клеточной оболочкой
или клеточной мембраной. Основны элементы клетки - ядро и цитоплазма,
которую иногда называют прото плазмой.
Клетка - это своеобразное государств" Ядро - его "столица", а цитоплазма
- "провинция". "Провинция" клетки представляет собой сложнейшую систему
различных химических и биологических структур. В водной среде - вода
составляет большую часть протоплазмы - находятся углеводы, минеральные
соли и аминокислоты. Во взвешенном состоянии здесь "живут" самые
разнообразные частицы. Если выстроить их "по росту", то мы обнаружим и
частицы гиганты, видимые в обычный школьный микроскоп, и частицы
малютки, разглядеть которые можно только с помощью самых совершенных
инструментов - электронных микроскопов.
Митохондрии - сферические гранулы или палочки, какими мы видим их под
микроскопом, - это силовые станции клеток. Подобно электростанциям, они
дают энергию, столь необходимую для процессов, идущих в цитоплазме.
Рибосомы - разные по величине структуры цитоплазмы - это тяжелая
индустрия клетки. Здесь синтезируется белок.
В клетке, повторяем, множество всевозможных "фабрик" и "заводов", каждое
"предприятие" специализировано, у каждого - своя, только ему одному
присущая технология и своя продукция.
Центр, который руководит деятельностью всех структур цитоплазмы, - ядро.
Цитоплазма не может долгое время существовать без ядра, но и ядро
погибает без своей "провинции". Они тесно связаны между собой. Именно в
ядре находится "правительство", которое не только управляет страной, но
и заботится о грядущих поколениях. Материальные основы наследственности
сосредоточены в ядре клетки. Они связаны с хромосомами.
У каждого вида организмов хромосомы имеют свою форму, количество их
также различно. Хромосому можно сравнить с нитью, на которую нанизаны
бусинки. Бусинки - это крохотные участки хромосомы, гены, которые
обладают различными свойствами. Они не похожи друг на друга, и каждый в
отдельности оказывает специфическое влияние на физиологию клетки и
развитие организма, контролирует строго определенный процесс. Комплекс
же генов, свойственный набору хромосом в целом, управляет деятельностью
клетки.
Когда тысячи бусинок выстраиваются в цепочку, возникает хромосома. Такую
конструкцию хромосомы можно наблюдать под электронным микроскопом в
клетках слюнных желез плодовой мушки (дрозофилы). У нее хромосомы
достигают гигантских размеров.
Если участок хромосомы под влиянием каких-то внешних или внутренних
факторов исчезнет или изменится, это обязательно скажется на
жизнедеятельности клетки. Потеря ядром каких-либо элементов разрушает
четкий ритм системы наследственности и ведет подчас к гибели клетки.
Катастрофическим может оказаться не только разрушение большого участка
хромосомы, но и нехватка в ней всего одного гена. Это свидетельствует о
том, что генетические структуры, входящие в состав хромосомы, уникальны.
Итак, внешне хромосома похожа на нить с бусинками. Из чего же состоит
хромосома, какому веществу природа доверила такую ответственную задачу,
как передача по наследству признаков и свойств организма? Эту задачу
выполняет химическое соединение, называемое дезоксирибонуклеиновой
кислотой, сокращенно - ДНК (см. ст. "Молекулярная биология").
Наследственная информация записана в виде генетического кода во всей
системе хромосом каждого организма. Информация, закодированная внутри
ДНК, через половые клетки передается от поколения к поколению.
Гены очень устойчивы. Именно поэтому у обезьян рождаются обезьяны в
течение многих поколений, несмотря на то что они живут под Москвой. Но в
то же время гены могут изменяться (мутировать) как в естественных
условиях, так и под воздействием искусственных для организма внешних
факторов - физических и химических. Под влиянием таких воздействий в
хромосоме происходят сложные изменения.
Изменение каждого гена вызывает новые процессы в ядре и во всей клетке,
а они приводят к изменению признаков, которыми обладает организм.
Хорошо известны белые кролики с красными глазами. Это альбиносы. Такие
животные появляются, если изменился ген, "отвечающий" за окраску. На
этом примере нетрудно убедиться, что мутация гена приводит к появлению
новых признаков.
Мутации (изменения) как в генах, так и в хромосомах могут возникать под
действием ионизирующих излучений, химических веществ и т. д. Величайшая
заслуга генетики нашего времени в том, что она научилась искусственно
вызывать изменения в живых организмах. И хотя подчас биологи не могут
еще детально разобраться в процессах, идущих в ядре и цитоплазме клетки,
они уже научились использовать полезные мутации и бороться с вредными.
В генетике сделан первый шаг, но он настолько значителен, что позволил
создать новые сорта ценнейших сельскохозяйственных культур, полезные
микроорганизмы. Опыты показывают перспективность новых методов для
селекции животных. Человек властно вторгается в процесс эволюции,
ускоряет его. Тысячи лет, нужные природе для улучшения какого-то одного
признака растения, сокращаются человеком в сотни раз. Теперь на такую же
работу уходят считанные годы. Человек научился направлять развитие
организма в нужную для него сторону, "реконструировать"
наследственность.
Планета стала лабораторией человека. И эволюция уже сегодня во многом
послушна ему. Пройдет немного времени, и биологи научатся управлять
наследственностью в полной мере, они проникнут внутрь гена, как физики -
в атомное ядро. Тогда растение или животное будет развиваться по
заданной человеком программе, как электронно-вычислительная машина по
приказу человека производит сегодня сложнейшие расчеты.
Перспективность использования "хороших мутаций" очевидна. Однако это
лишь одна сторона генетики. Вторая - не менее важная - защита организма
человека от различных воздействий. В первую очередь от радиации.
Эта проблема сейчас особенно остро стоит перед наукой, так как человек
вышел в космос - грандиозный океан, наполненный всевозможными
излучениями и частицами.
Как только космонавт выходит из люка корабля, на него обрушивается
незримый противник - космические излучения... Частицы разных энергий
впились в скафандр...
Человек невредимым возвращается на Землю, но неужели ему всегда нужен
будет громоздкий защитный скафандр? К сожалению, да. В обозримый период
развития науки невозможно "переконструировать" организм человека
настолько, чтобы он не боялся излучений. Естественно, что и в первых
рейсах на Луну, Марс и Венеру экипаж будет защищен от радиации
скафандрами и стенами корабля.
А как быть со спутниками человека - растениями, микроорганизмами и
животными, которые должны снабжать его пищей, водой и кислородом? Ведь
просто немыслимо, например, в орбитальной обсерватории или межпланетном
корабле заключить все живое в "броню", стойкую к космической радиации.
Вот почему специалистов по космической генетике, столь же молодой, как и
космонавтика, уже заботят проблемы первых экспедиций на другие планеты.
Существуют два способа защиты. С одним из них - оболочкой корабля - мы
хорошо знакомы. Летавшие космонавты были защищены от космических лучей
стенками своих кораблей.
Второй способ защиты скрыт внутри клетки.
Дело в том, что растительные и животные организмы обладают разной
генетической радиационной чувствительностью. Причем одни структуры более
устойчивы к радиации, чем другие. Почему так, ответить пока невозможно.
И еще. Достаточно облучить один участок хромосомы, чтобы это сказалось
на жизнеспособности клетки в целом.
Как защитить клетку? Уже известно: первой встречает поток излучений
цитоплазма. Следовательно, необходимо как-то усилить именно ее -
своеобразный "буфер" для хромосомы. Значит, нужно создать внутри клетки
такие химические соединения, которые принимали бы облучение на себя, не
давая ему "пропуска" дальше - в глубь ядра. Нельзя забывать и о
неблаговидной роли кислорода в клетке, усиливающего поражающий эффект
радиации. Очевидно, если "связать" кислород с веществами, с которыми он
достаточно легко соединяется, радиация не будет столь страшной.
Свободные радикалы - осколки органических молекул и воды, образовавшиеся
под воздействием радиации, - также пагубно воздействуют на генетические
структуры, так как вступают в необычные для клетки соединения. Понятно,
что, чем скорее удастся обезвредить их, тем лучше. Оказывается, спасение
- в легко окисляющихся веществах, которые чрезвычайно быстро образуют
прочный союз со свободными радикалами. Неплохо также усилить защитные
свойства
белков, непредельных жирных кислот и некоторых других компонентов
внутриклеточной структуры.
Итак, задачи ясны. А как их решить?
Достаточно обоснованной теории действия защитных веществ как на клетку в
целом, так и на хромосомы до сих пор нет. Ученые еще не постигли
механизма взаимодействия веществ внутри клетки.
Специалисты только ищут вещества и химические соединения, которые были
бы безвредны для клетки и в то же время защищали бы ее от радиации. Так,
Н. П. Дубинин, Б. Н. Сидоров и Н. Н. Соколов с помощью созданной ими
модели воздействия радикалов на генетические структуры пришли к важному
выводу. Оказывается, внесенные в клетку ионы брома, йода и некоторых
других веществ, хотя и не защищают хромосомы от непосредственного
поражения радиацией, но зато, пусть незначительно, снижают общий эффект
от ее воздействия. Но главное - научиться опускать забрало перед прямыми
излучениями. Советские и зарубежные ученые обнаружили, что особое
вещество - цистеамин, - введенное в клетку, словно своеобразный
аккумулятор, поглощает колоссальную энергию ионизирующих излучений.
Проверка цистеамина на обезьянах и мышах показала: эффективность
радиационного поражения уменьшалась в среднем вдвое.
Первый успех окрылил - начались многочисленные опыты. В нашей стране
поиски
веществ, защищающих гены и хромосомы от прямого действия радиации,
велись в основном в лаборатории радиационной генетики Института
биофизики и в Институте общей генетики Академии наук СССР. Здесь изучен
эффект серотонина, стрептомицина, цистеамина, тиомочевины и других
препаратов, проявляющих отчетливую генетическую защиту при облучении
клеток человека дозами 50-100 рентген. Например, стрептомицин, широко
известный как медицинский антибиотик, при низких дозах защищает
наследственные структуры от естественного мутирования, а при более
высоких - от радиации.
...Космос предъявил генетикам множество требований, так как только они
могут решить, не скажется ли отрицательно на организме человека
длительное путешествие во Вселенной, точнее, не повредит ли оно
хромосомный аппарат клеток.
В лаборатории радиационной генетики Института биофизики АН СССР впервые
в мире был получен ответ на этот вопрос. Здесь в условиях орбитальных
космических полетов проведены опыты на мышах, хлорелле, дрозофиле. Чтобы
определить степень воздействия каждого из космических факторов,
сотрудники лаборатории облучали своих подопытных на протонном
ускорителе, проводили исследования на вибростендах в условиях
невесомости. Предсказания подтвердились : в дальних космических полетах
радиации следует опасаться.
Генетика призвана обеспечить и защиту спутников человека - растений.
Причем уже без всяких экранов. Возьмем, скажем, хлореллу. В нескольких
миллиардах особей под действием радиации возникают различные мутации.
Радиационная генетика должна оценить эффект изменений и разработать
методы защиты. Наиболее простой способ - добавка в хлореллу химических
препаратов. Однако такой защиты явно недостаточно. Необходимо создать
разновидности хлореллы, не боящиеся радиации. Первые опыты успешны. И
можно надеяться, что они будут готовы к тому времени, когда межпланетные
корабли отправятся с Земли в далекие рейсы.
Н.П. Дубинин
В.С. Губарев
Размещение фотографий и
цитирование статей с нашего сайта на других ресурсах разрешается при
условии указания ссылки на первоисточник и фотографии.
