Становление и развитие генетики. Молекулярная биология

Биология первой половины ХХ века основывалась на тех достижениях, которые были сделаны в этой науке во второй половине XIX века: создание Ч. Дарвином эволюционного учения, основополагающие работы К. Бернара в области физиологии, важнейшие исследования Л.Пастера, Р.Коха и И.И.Мечникова в области микробиологии и иммунологии, работы И.М. Сеченова и И.П. Павлова в области высшей нервной деятельности и, наконец, блестящие работы Г. Менделя, не получившие, правда, известности до начала XX столетия.

XX век явился продолжением не менее интенсивного прогресса в биологии. В 1900 году голландским ученым-биологом X. де Фризом (1848-1935), немецким ученым-ботаником К.Э.Корренсом (1864-1933) и австрийским ученым Э.Чермак-Зейзенеггом (1871-1962) независимо друг от друга и почти одновременно вторично были открыты и стали всеобщим достоянием законы наследственности, установленные Менделем.

Развитие генетики после этого происходило быстро. Был принят принцип дискретности в явлениях наследственности, открытый еще Менделем; опыты по изучению закономерностей наследования потомками свойств и признаков родителей были значительно расширены. Было принято понятие «ген», введенное известным датским биологом Вильгельмом Иогансоном (1857-1927) в 1909 году и означающее единицу наследственного материала, ответственного за передачу по наследству определенного признака.

Утвердилось понятие хромосомы как структурного ядра клетки, содержащего дезоксирибонуклеиновую кислоту (ДНК) – высокомолекулярное соединение, носитель наследственных признаков.

Развитию генетики способствовали в большой мере исследования известного американского биолога, одного из основоположников этой науки Томаса Ханта Моргана (1866-1945). Он сформулировал хромосомную теорию наследственности. Большинство растительных и животных организмов являются диплоидными, т.е. их клетки (за исключением половых) имеют наборы парных хромосом, однотипных хромосом от женского и мужского организмов. Хромосомная теория наследственности сделала более понятными явления расщепления в наследовании признаков.

Важным событием в развитии генетики стало открытие мутаций – внезапно возникающих изменений в наследственной системе организмов, которые могут привести к устойчивому изменению свойств гибридов, передаваемых и далее по наследству. Своим возникновением мутации обязаны либо случайным в развитии организма событиям (их обычно называют естественными или спонтанными мутациями), либо искусственно вызываемым воздействиям (такие мутации часто именуют индуцированными). Все виды живых организмов (как растительных, так и животных) способны мутировать, т.е. давать мутации. Это явление – внезапное возникновение новых, передающихся по наследству свойств – известно в биологии давно. Однако систематическое изучение мутаций было начато голландским ученым Хуго де Фризом, установившим и сам термин «мутации».

Было обнаружено, что индуцированные мутации могут возникать в результате радиоактивного облучения организмов, а также могут быть вызваны воздействием некоторых химических веществ. Отечественный ученый-микробиолог Георгий Адамович Надсон (1867-1940) вместе со своими коллегами и учениками обнаружил в 1925 году влияние радиоизлучения на наследственную изменчивость у грибов. Известный американский генетик Герман Джозеф Меллер (1890-1967), работавший в течение 1933-1937 годов в СССР, установил в 1927 году в опытах с дрозофилами сильное мутагенное действие рентгеновских лучей. В дальнейшем было понято, что не только рентгеновское, но и любое ионизированное облучение вызывает мутации.

Достижения генетики (и биологии в целом) оказались столь значительными, что было бы удивительно, если бы они никак не повлияли на дарвиновскую теорию эволюции. Развитие биологии и входящей в нее составной частью генетики, во-первых, еще более укрепило дарвиновскую теорию эволюции живой природы и, во-вторых, дало более глубокое толкование (соответствующее достигнутым успехам в биологии) понятиям изменчивости и наследственности, а следовательно, всему процессу эволюции живого мира.

Наиболее поразительные достижения биологии уже в первой половине ХХ века были связаны с изучением процессов, происходящих на молекулярном уровне. У.Астбери ввел в науку термин «молекулярная биология» и провел основополагающие исследования белков и ДНК. Хотя в 40-е годы ХХ века почти повсеместно господствовало мнение, что гены представляют собой особый тип белковых молекул, в 1944 году О.Эвери, К.Маклеод и М.Маккарти установили, что генетические функции в клетке выполняет не белок, а ДНК. Дальнейшие исследования показали, что ген является определенной частью ДНК и носителем только определенных наследуемых свойств, в то время как ДНК – носитель всей наследственной информации организма. Установление генетической роли нуклеиновых кислот имело решающее значение для дальнейшего развития молекулярной биологии, причем было показано, что эта роль принадлежит не только ДНК, но и РНК (рибонуклеиновой кислоте).

Расшифровку молекулы ДНК произвели в 1953 году Ф.Крик (Англия) и Д.Уотсон (США). Им удалось построить модель молекулы ДНК, напоминающую двойную спираль.

Несмотря на молодость молекулярной биологии, успехи, достигнутые ею в этой области, ошеломляющи. За сравнительно короткий срок были установлены природа гена и основные принципы его организации, воспроизведения и функционирования. Выявлены и исследованы механизмы и главные пути образования белка в клетке. Была определена первичная структура многих транспортных РНК. Установлены основные принципы организации разных субклеточных частиц, многих вирусов, и разгаданы пути их биогенеза в клетке. Все эти успехи выдвинули биологию в ряды лидеров естествознания ХХ века.