История теории эволюции. Дальнейшее развитие генетики

Сегодня мы понимаем, что результаты опытов Менделя были возможны благодаря мейозу. Так называется процесс деления ядра клетки, происходящий в половых клетках, при котором в образовавшихся клетках – гаметах – число хромосом уменьшается в два раза. Именно мейоз обеспечивает разделение и наследование генов.

Процесс этот был обнаружен и описан в 1876– 1883 годах. Однако важность его была признана только после работ немецкого ученого Августа Вейсмана. В 1890 году он продемонстрировал значение мейоза для размножения.

Август Вейсман

Внутри клетки находится пара хромосом. Их участки – гены – управляют наследуемыми признаками. Человеческие клетки содержат 23 пары хромосом. В каждой паре хромосомы являются гомологичными: каждая из них несет гены для одних и тех же признаков, но сами эти гены различны, поскольку одна из гомологичных хромосом получена от матери, а другая – от отца. Вспомним о гибридах гороховых растений: у них обе хромосомы в каждой паре несут в себе гены, определяющие вид семян, но каждый ген может отвечать или за круглые, или за сморщенные горошины. Другой пример: человек с каштановыми волосами может хранить в своих хромосомах гены, отвечающие за каштановый цвет, и гены, отвечающие за рыжий цвет волос.

На старте мейоза хромосомы половых клеток воспроизводят сами себя, и у каждой гомологичной хромосомы появляется точная копия. Эти точные копии какое-то время прикреплены друг к другу. Позже гомологичные хромосомы соединяются и обмениваются генами; эта стадия носит название кроссинговер. И если хромосомы, вступавшие в мейоз, принадлежали исключительно материнскому или отцовскому организму, то новые хромосомы, образованные кроссинговером, представляют собой смесь генов обоих родителей.

Всего мейоз включает в себя два следующих друг за другом деления, в результате которых образуются четыре дочерние клетки.

В изначальной клетке было 23 пары гомологичных хромосом, однако в дочерних клетках будет только по 23 одиночных хромосомы в каждой, половина от изначального числа. Вдобавок к этому, хромосомы дочерних клеток по составу не совпадают ни с одной хромосомой из родительской клетки, поскольку кроссинговер перемешал родительские гены. В дальнейшем 23 хромосомы дочерней клетки (яйцеклетки) соединяются с 23 хромосомами другой клетки (семенной клетки) в процессе оплодотворения, чтобы образовать 23 пары хромосом нормальной человеческой клетки.

Когда Мендель произвел перекрестное опыление двух разновидностей гороха, он смешал хромосомы, которые обычно не сходятся вместе. Позже доминантные гены на каждой из гомологичных пар определили, какая черта проявится в каждом новом поколении. «Признаки» в опытах Менделя передавались из поколения в поколение путем мейоза.

Мейоз обеспечивает невероятное разнообразие в организмах, которые размножаются половым путем. Естественный отбор может оперировать этим разнообразием, вызывая небольшие изменения в частоте появления генов. Однако мейоз не способен предоставить разнообразие, необходимое для более значительных изменений, которые можно назвать эволюцией. Такие изменения требуют вливания огромных объемов информации извне. Мейоз же просто «тасует» уже существующую.

Вейсман пришел к выводу, что в организмах происходит два типа изменений: это изменения, которые вызваны внешней средой, и изменения, вызванные наследственностью, причина большинства из которых – мейоз. Ученый наглядно показал, что изменения, вызванные средой, не могут быть переданы по наследству. Поэтому постоянные изменения могут появиться только изнутри самого организма. Теория наследования приобретенных черт, выдвинутая Ламарком, в конце концов была отправлена на покой.


Мейоз. Упрощенная схема процесса

Хуго де Фриз

Затем в 1901 году голландский ботаник Хуго де Фриз опубликовал свою теорию мутаций. Он предположил, что эволюция видов происходила благодаря мутациям – случайным изменениям в генах и хромосомах (о них подробнее будет рассказано дальше). Де Фриз рассматривал этот механизм развития как альтернативу естественному отбору Дарвина.

Однако десятки лет спустя эволюционисты совместили мутационную теорию и теорию естественного отбора: они предположили, что именно мутации предоставляли сырье, с которым бы работала эволюция. Эта вера в объединенную мощь естественного отбора и генетических мутаций формирует основу наиболее широко признанной эволюционной теории наших дней. Она называется неодарвинистской.

#эволюция #генетика