Генетические признаки. Деление клеток для роста. Деление половых клеток

Фенотип (совокупность внешних признаков) организма заложен в его генах, которые он наследует от своих родителей. Законы, касающиеся передачи наследственных признаков от родительских организмов потомкам, были сформулированы Грегорам Менделем в 1865. Это открытие ознаменовано рождение новой дисциплины – генетики.

Как передаются характерные черты. Тысячелетия крестьяне культивировали полезные свойства растений и животных путем направленного скрещивания. Тогда это был процесс проб и ошибок. Грегор Мендель (1822-1884) был первым, кто определил, как специфические черты переходят от одного поколения к другому, проведя ряд опытов на горохе в 1860-х.

Мендель заинтересовался, почему горох цветет либо лиловыми, либо белыми цветками, но никогда не встречаются промежуточные оттенки. Он заметил, что при скрещивании чистосортного гороха с лиловыми цветками с белоцветковым сортом потомство (или поколение f1) всегда дает лиловые цветки. Однако при опылении одного f1-растения пыльцой другого второе поколение (f2) уже имеет как белые, так и лиловые цветки в соотношении 1:3.

Мендель предположил, что наследование каждого признака определяется парными факторами (называемыми теперь генами). Хотя индивидуум может наследовать две различные формы (аллели) гена - по одному от каждого родителя, реализуется (экспрессируется) в потомстве только одна форма для одного признака. Однако обе аллели могут быть переданы следующему поколению.

Объяснение состоит в том, что некоторые аллели - доминантны, т.е. вызывают проявление видимых признаков, хотя другие, рецессивные, аллели также присутствуют. Каждое из f1-растений гороха несет доминантную аллель лиловых цветков (обозначаемую Р) и рецессивную аллель белых цветков (w); их генотип (характерный набор генов) можно обозначить Pw (см. ниже). В поколении f2, где Pw-ropox самоопыляется, будут растения с генотипами РР, Pw, wP и ww. Только горох с двумя рецессивными аллелями (ww) дает белые цветки, остальные – лиловые.

Менделевский горох. На диаграмме - стадии экспериментов Менделя по скрещиванию растений гороха. Доминантные формы генов (аллели) традиционно обозначают заглавными буквами, а рецессивные - строчными. В данном примере доминантная аллель - лиловые цветки (Р),а рецессивная - белые (w)

Источник индивидуальности. Каждая клетка живого существа содержит достаточно информации, чтобы воспроизвести копию целого организма. Эта информация хранится внутри клеточного ядра в хромосомах.

Хромосомы располагаются парами. В каждой паре одна хромосома происходит от мужского родителя, а другая - от женского. Поэтому люди похожи на своих родителей, но не являются точной копией одного из них. Различные организмы имеют разное количество хромосом в клетке. Например, у человека 23 пары хромосом, у кур - 18, а у дрозофилы - всего 4.

Хромосомы состоят в основном из ДНК, которая в свою очередь является комбинацией четырех химических звеньев, называемых основаниями. Гены, управляющие персональными характеристиками, соответствуют определенному участку ДНК со специфической последовательностью оснований. Это своего рода инструкции, записанные четырехбуквенным химическим «алфавитом». Гены в хромосомах перемешиваются, когда образуются новые яйцеклетки или сперматозоиды, и это объясняет, почему каждый из нас выглядит неповторимо.

Самец или самка. Пол организма определяется половыми хромосомами. У большинства видов присутствуют два типа половых хромосом: X и Y. Женские особи несут две Х-хромосомы в каждой клетке организма, а мужские - X и Y. (У некоторых насекомых самцы имеют только одну Х-хромосому без Y; они обозначаются ‘Х0’.) Все яйцеклетки содержат одну Х-хромосому, тогда как половина мужских сперматозоидов несет Х-хромосому, а половина - Y (или вообще не имеет половой хромосомы). Если ‘Х’-сперматозоид оплодотворяет яйцеклетку, в результате получится ‘ХХ’-организм, или женский, а если Т (или ‘0’) - ‘XY’ (или ‘Х0’), т.е. мужской.

Как клетки делятся для роста. Рост заключается в увеличении числа клеток организма. Процесс, посредством которого происходит деление с образованием новых клеток во время роста, называется митозом. Родительская клетка делится на две дочерние клетки, идентичные друг другу и родительской клетке во всех отношениях, включая число хромосом в ядре. Фактически каждая неполовая клетка организма несет одну и ту же генетическую копию. Ядро клетки делится в первую очередь, проходя серию изменений:

- 1. Непосредственно перед делением хромосомы в ядре становятся короче и толще, что можно видеть в микроскоп.

- 2. Каждая хромосома копирует себя. Родительская хромосома и ее копия соединены примерно посередине.

- 3. Соединенные хромосомные копии выстраиваются вблизи центра клетки. Образуется структура, называемая веретеном: она сокращается, оттягивая исходные хромосомы и их копии к противоположным концам клетки.

- 4. Начинает возникать новая ядерная мембрана вокруг двух групп хромосом. На уровне экватора клетки начинает формироваться перетяжка (не показана) и активно образуется новая клеточная мембрана.

- 5. В конце концов перетяжка делит клетку пополам, и образуются две новые клетки. После этого хромосомы начинают разворачиваться, вновь становятся похожими на длинные тонкие нити, затем исчезают из поля зрения.

Новые клетки идентичны друг другу и родительской клетке. Весь процесс митоза у бактерий занимает примерно 15-20 минут, а у большинства животных и растительных клеток - 18-20 часов. Клетки затем растут до полного размера, прежде чем вновь начать делиться.

Как делятся половые клетки. Гены передаются от родителей потомству через половые клетки, или гаметы, - сперматозоиды и яйцеклетки. Эти специализированные клетки содержат только половину нормального для данного вида числа хромосом, но в них заложена вся совокупность наследственных характеристик предыдущего поколения. Половые клетки образуются в результате специального типа клеточного деления, называемого мейоз, который у людей происходит в яичниках или семенниках.

- 1. На начальной стадии мейоза парные хромосомы движутся навстречу друг другу и выстраиваются напротив по всей длине.

- 2. Хромосомы затем расщепляются пополам, образуя тонкие нити, соединенные посередине. Происходит перекрест (кроссинговер), с помощью которого хромосомы- партнеры обмениваются генетическим материалом.

- 3. Двойные пары с заново перетасованными генами начинают расходиться и оттягиваются к противоположным концам клетки. Затем вокруг них образуются ядра, и клетка делится пополам.

- 4. Потом двойные хромосомы выстраиваются по центру каждой дочерней клетки.

- 5. Наконец, эти двойные хромосомы разделяются, и каждая дочерняя клетка снова делится пополам, как при митозе. В результате получаются четыре дочерние клетки, каждая с половинным набором хромосом, они несут часть генетического материала каждого родителя.