Биология | Генетика негіздері

2.1. ГЕНЕТИКАНЫҢ ПАЙДА БОЛУЫ
Генетика дербес ғылым ретінде биологиядан ағылшын ғалымы Бэтсонның ұсынысы бойынша 1907 жылы бөлініп шықты. Генетика деп аталуы да осы ғалымның ұсынысы.
Ұрпақтың өз ата-тегіне тартып тууы өте ертеден белгілі болатын. Алайда XIX ғасырға дейін бұл құбылыс зерттелмей келді. Бұл жағдай сол кездегі биология ғылымының өте нашар дамуына байланысты еді. Мысалы, тек 1761 жылы И. Г. Кельрейтер (1733—1860) өсімдіктерде жыныстық айырмашылық барлығын ашып, қолдан тозаңдандыру арқылы ең бірінші рет өсімдіктер буданын алды (темекі және т. б. өсімдіктөр). Ол. Кездегі түрлердің, тұрақтылығы жөніндегі үстем болған пікір тұқым қууды зерттеуге көп бөгет болды. Бұл зерттеулер тек ХҮІІІ ғасырдың аяғында, XIX ғасырдың бас кезінде ғана түрлері эволюциясы жөніндегі қағидаларға байланысты дами бастады. Дегенмен алғашқы зерттеу қадамдары биологияның өте осал дамуына байланысты және клетка құрылысы, оның бөлінуі, ұрықтану процестері жөнінде деректердің жоқтығынан қате болжамдарға әкеліп соқты. Бұл болжамдар биологияның жалпы қағидаларына немесе сырт бақылауларға сүйене жасалған еді.
Өсімдіктер мен жануарлардың ұрықтану процесі және клетка құрамы мен оның бөлінуі жөніндегі зерттеулер тереңдей түсуіне байланысты, цитологиялық деректердің нәтижесінде белгілердің ата-анадан ұрпаққа берілуі жөнінде тұжырымдар жасалына бастады. Бұл тұжырымдар эксперименттік зерттеу жолымен жасанды нәтижелеріе сүйенген. Осылайша тұқым қуалаудың, корпускулалық ілімі (Г. Спенсер, Ч. Дарвин), клеткадағы арнаулы тұқым қуу заты болуын (К. Негели идиоплазма), ол материалдық клетка ядросында орналасқанып, одан кейін дәлірек — хромосомалар да (А. Вейсман, Г де Фрпз) болатыны жөнінде пікір айтылғаи. XIX ғасырдың ортасында Г. Спенсер тұқым қуу заты өз бетімен еселене алатыны жөнінде айтқан болатын, бірақ ол кезде бұл пікірді басқа ғалымдар қолдамаған. Бұл ғалымның ойының дұрыстығы тек қана 80 жылдай уақыт өткеннен соң ғана эксперименттік жолмен дәлелделді. Сондықтан XIX ғасырдың алғашқы жартысындағы әртүрлі өсімдіктердін, тұқым қууы жөніндегі жүргізілген жұмыстар (Сажре, Ш. Нодеп т. б.) елеусіз қалды.
Тұқым қуудың негізін түсіну үшін Грегор Мендельдің (1822— 1884) жүргізген тәжірибелері үлкен әсер етті. Оның өсімдіктерді будандастыру арқылы ашқан заңдылықтары осы күнгі зерттеулерге де арқау болып келеді. Ұлты чех, Брюнне (қазір Брно) қаласындағы францискан монастырының монахы, табиғаттану сабағын бере жүре бағбандықпен айпалысқан. Ол көп жылдар бойы бос уақытының бәрін әр түрлі мәдени өсімдіктерді шағы-лыстырып (будандастырьш), қолдан тозаңдандыру арқылы көп тәжірибе жұмыстарын жүргізген. Негізгі тәжірибе құралы ретінде ол бұршақтың бір-бірінен әртүрлі белгілері арқылы айырмасы бар түрлерін пайдаланған. Осының арқасында Г. Мендель қатаң тәртіппен ұрпақтан ұрпаққа берілетін белгілі бірліктер болатындығы туралы ілім жасаған. Бұл бірліктерді ол тұқым қуу факторлары деген, кейіннен бұл факторлар ген деп аталды.
Генді зерттеу тарихының атомды зерттеу тарихымен кейбір ұқсастығы бар. Әуелі тұқым қуалаушылықтың қарапайым бірлігі болуы керек деген болжау пайда болды. Ғылымның- дамуына байланысты олардың материалдық структурасы, құрамы ашылды, оның адам басқара алатындай өте ұсақ бірліктерге бөліне алатындығы анықталды.
1865 жылдары Г. Мендель бұршақ өсімдігі белгілерінің тұқымнан тұқымға берілуін мұқият зерттеп, аталык, және аналық өсімдіктердің белгілерінің келесі тұқымдағы таралу заңдылығын ашты. Өсімдік клеткаларының ішінде сол өсімдіктің белгілерін тұқымнан тұқымға сақтап, жеткізуші әлдебір зат болатынын дәлелдеп Г. Мендель оған «тұқым дуу факторлары» деп атберген еді. Мендельдің қол жеткен нәтижелері ғалымдардың назарына бірден іліне қойған жоқ.
1900 жылы бір мезгілде бір-бірінен тәуелсіз үш мемлекеттің ғалымдары: Г де Фриз — Голландияда, К. Корренс — Германияда және Э. Чермак — Австрияда Мендельдің жасаған тәжірибесін қайталап, тұқым қуалау ережелерін құрастырды. Бұлар Мендель негізін салған ережелерден еді. Сондықтан де Фриздің, Корренстің және Чермактың еңбектері басылып шыққан 1900 жыл ресми түрде эксперименталды генетиканың дербес ғылым ретінде танылған уақыты деп саналады.
XVIII—ғасырдың басында неміс зоологы А. Вейсман клеткаларда болатын ерекше заттар тұқым қуалаушылықтың негізі болуы керек деп, тұқым қуалаудың құпиясын клеткалардағы молекулалардан іздеу туралы дұрыс ұсыныс жасаған еді.
Әрине, «Мендель заңдарының екінші рет ашылуы» кезеңінде биология ғылымдарының жалпы жағдайы Мендельдің тұсындағымен салыстырғанда тіпті өзгеше болатып. Тұқым қуалау жөніндегі қағидалар ол кезде кеңінен зерттеліп танылғап, сондықтан Мендель ашқан тұқым қуу заңдарын толық мойындауға ол кездегі көзқарас қарсы келмеді. Микроскоп арқылы клетканың және ядроның құрылысы, хромосомдардың митоз бен мойоз (клеткалар бөлінуі) кезіндегі әрекеттері ол кезде толық ашылып анықталған болатын. Оның үстіне «Мендель заңдарының екінші рет ашылуы» бір-екі объектілерде ғана емес, мәдени өсімдіктердің көптеген түрлерінде көрсетілді. Кейініректе Мендель заңдарын жақтайтын жұмыстар көптеген өсімдіктер мен жануарлар өкілдерімен де жүргізіліп дәлелденді.
Тұқым қуалау жөнінде ғылыми тәжірибе жүргізуде аса маңызды қадам жасаған америка ғалымы Толмас Гент Морган 1866— 1945), тұқым қуудың хромбсомалық теориясын ашты. Тұқым қууды ғылыми тәжірибе арқылы дәлелдеуге өто қолайлы объектінің бірі — жеміс шыбыны — дрозофила болатын. Морган осы жеміс шыбынымен тұқым қууды зерттеу үшін 1909 жылдан бастап жан-жақты тәжірибелер жүргізді. Осы зерттеулердің арқасында тұқым қуу факторлары — гендер хромрсомалардың ішінде болатынын және олар хромосомалардың азғана бөлшектері (участкелері) екенін дәлелдеп хромосомалар картасын жасады. Бұл карталарда әр геннің өзінің белгілі орны болатыны көрсетілді.
Жеміс шыбыны — дрозофиланың генетикасын зерттей бастағанда Морган тобы өте көп емес еді. Ең бірінші көмекші лаборанты Кальвин Б. Бриджес болатын, соңынан бұларға тағы екі ғалым Герман Меллер және А. X. Стертевант қосылды. Бұл зерттеулер Колумбия университетінің шағын лабораториясында жургізілді.
Дрозофила өте қолайлы объекті болып шықты. Жеміс шыбыны мен ғылыми тәжірибе жүргізу жөніндегі ой Морганға 1909 жылы колген. Тәжірибе өте жылдам жүріп, тез араның ішінде көп нәтижеге жеткізді. 1911 жылдың басында осы зерттеулердің алғашқы қортындылары да белгілі болды. Дрозофиланың барлық белгілері төрт топқа бөлінді. Бұл топтар тіркес тұқым қуу топтары деп аталады. Сөйтіп, тұқым қуудың тағы бір ерекшелігі — тіркестік заңдылығы ашылды. Егерде дрозофила клеткасына мик-роскод арқылы үңілсе, онда төрт жұп хромосомалар көрінеді. Сонымен тіркес топтар осы төрт жұп хромосомаларға сәйкес болып шықты. Солай болуы да керек, себебі гендер бір хромосомада болса, онда олар бір-бірімен ажыраспай келесі ұрпаққа тіркес берілуі тиіс. Осылайша тұқым қуудың хромосомалық теориясы дәлелдепіп, бұл жөнінде алға қарай адымды қадам жасалды.
2.2. Генетиканың негізгі даму кезеңі
Генетиканың дамуына гибридологиялық талдау әдісінің үлкен маңызы болды. Осы бастапқы кезеңдердің өзінде гибридологиялық талдау қортындылары мен цитология жетістіктері нәтижесінде цитогенетика ғылымы жарыққа шықты. Цитогенетика белгілердің тұқым қуу ерекшеліктері мен мейоз (жыныс клеткалардың бөліну түрі) кезіндегі хромосомалар әрекетін байланыстырды. Хромосома теориясы белгілердің ажырау құбылысына, қасиеттердің тәуелсіз тұқым қууына түсінік берді. Генетиканың дамуында генді рентген сәулелерімен зерттеудегі мутагендік әдістерінің ашылуы ерекше кезең болды. Осының нәтижесінде генді сыртқы факторлар әсерімен өзгертуге болатыны анықталды. Осындай зерттеулер арқасында генетиканың радиациялық және химиялық мутагенез саласы дамыды. Бұған совет генетиктері В. В. Сахаров (1923), М, Е. Лобашөв (1934), С. М. Гершензон (1939), И, А. Рапопорг (1943), ағылшын ғалымы Ш. Ауәрбах (1944) зор еңбек сіңірді. Бұл ғалымдар геннің өте күрделі де, нәзік құрылысын зерттеуге жол ашты, Ген теориясы дамуында совет ғалымдары А. С. Серебровский мен Н. П. Дубйнин (1929—1931) еңбектері ерекше орын алады. Олар алғаш рет геннің құрылысы жөніндегі теория негізін қалады.
Генетика Дарвиннің эволюциялық теориясының қалыптасуына және оның дамуына да үлкен үлес қосты. Эволюциялық генетика эволюция барысындағы сұрыптаудың генетикалық механизмін, жеке геннің, гендер жүйесінің қызметін және мутациялық процестерді зерттейді. Совет ғалымы С. С. Четвериковтың еңбектері (1926) менделизм мен Дарвин ілімін алғаш байланыстырып үйлестірді.
Генетика қалыптасуының алғашқы кезеңдерінен бастап-ақ селекцияға теориялық негіз болды. Генетика мен селекцияның біртұтастығы совет ғалымы Н. И. Вавилов (1887—1943) еңбектерінен айқын көрінеді. Н. И. Вавиловтың басқаруымен дүние жүзіндегі мәдени өсімдіктерді олардың жабайы туыстарын зерттеу, селекцияда пайдалану жұмыстары жүргізілді. Н. И. Вавилов генетикалық зерттеулер нәтижесінде тұқым қуудың гомологиядың қатарлары (1920) және мәдени өсімдіктердің таралған орталықтары жөніндегі заңды ашты. Совет ғалымы Н. К. Кольцов (1927— 1935) хромосоманың молекулалық құрылысы жөнінде алғаш пікір айтты. Алыс туысты организмдерді будандастыру теориясының негізін қалаушылар Г. Д. Карпеченко мен И. В. Мичурии болды. Жануарлар селекциясының генетикалық негізін қалыптастыруда совет ғалымдары М. Ф. Иванов, А. С. Серебровский, П. Н. Кулешов, Б. Н. Васин үлкен үлес қосты.
Генетикалық зерттеулерде микроорганизмдер мен вирустарды пайдалану және физика, химия, математика әдістерінің генетикаға енуі молекулалық генетиканың дамуына себеп болды. 1944 жылы америка ғалымдары: К. Т. Эйвери, К. М. Маклеод және М. М. Маккарти генетикалық хабаршы ретінде ДНК-ның ролін дәлелдеді. 1953 жылы Д. Уотсон және Ф. Крик ДНК-ның молекулалық құрылысын ашты. Д. Уотсон клеткалардағы ең басты процестің өрнегін былай жазық көрсеткен еді: ДНК РНК белок. Ген теориясына сүйене отырып, ДНК молекуласына структуралық талдау жасаған осы жұмыстар молекулалық генетиканың пайда болуына көп ықпалын тигізді. 1961 жылы О. Кельнер клетканың репарациялық (өзін-өзі емдеу) жүйесін ашты. 1961—64 жылдары генетикалық код құпиясы ашылды. (Г. Гамов, М. Нирнберг, X. Г. Корана) Индиялық ғалым X. Г. Корана (1968) ашытқы (дрожжи) клеткасынан генді химиялық жолмен синтездеді. 1970 жылы X. Темин РНК-ны негізге ала отырып РНК-дан ДНК синтездейтін фермент — кері транскриптазаны (ревертаза) тапты. Бұл жаңалық генді ферменттік синтездеуге жол ашты.
Генетиканың қазіргі кезеңін әдетте молекулалық генетика кезеді деп атайды. 20—30 жылдары біздің елімізде генетика ерекше дамып, дүние жүзіндегі генетика ғылымына жетекші болды. Бірақ 1930 жылдан бастап, әсіресе 1948 жылғы тамыз айындағы ВАСХНИЛ сессиясынан кейін генетиканың дамуы тежеліп, 1964 жылдан қайта дами бастады.
2.3.Генетиканың даму тарихы
Тұқымқуалаушылық жайлы алғашқы түсініктер көне дәуірдегі ғалымдар- Демокрит, Гиппократ, платон, Аристотельдің еңбектерінде кездеседң. Гиппократ, жұмыртқа клеткасы мен спермия организмнің барлық бөліктерінің қатысыуымен қалыптасады және ата-ананың бойындағы белгі-қасиеттері ұрпағына тікелей беріледі деп есептеді. Ал Аристотельдіңкөзқарасы бойынша белгі қасиеттердің тұқым қуалауы тікелей жолмен жүрмейді, яғни тұқымқуалайтын материал дененің барлық бөліктерінен келіп түспейді, керісінше оның әртүрлі бөлшектерін құрастыруға арналған қоректік заттардан жасалады. Осы мәселе тұрғысында бұдан кейінгі маңызды орын алатын Ч.Дарвиннің пангенезис теориясы. Бұл теория бойынша өсімдіктер мен жануарлардың барлық клеткалары өзінен ұсақ бөлшектер-геммулалар бөліп шығарады. Ал ол геммулалар репродуктивтік органдарға өтеді де, солар арқылы белгілер мен қасиеттер ұрпаққа беіледі. Дарвин кейде гаммулалар «мүлгіген жағдайда» болып еткен алыс ата-ана тентектерінің белгі-қасиеттері қайталана алады деп есептеді.
ХІХ ғасырдың 80-ші жылдарында пангенезис теориясын А.Вейсман өткір сынға алды. Ол организмде тек қана жыныс клеткаларында кездесетін ерекше тұқым қуалайтын заттың болатындығы туралы гипотеза ұсынды. Оны «ұрық плазма» деп атады. А.Вейсман сол кездегі кейбір цитологтар айтқандай тұқым қуалайтын материал клетканың ядросында болатын зат, яғни хромосом оларда жинақталады деген көзқарасты дамытты. ....