![]() |
ÐÓÁÐÈÊÈ |
Ñîâðåìåííàÿ ãåíåòèêà |
ÐÅÊËÀÌÀ |
|
Ñîâðåìåííàÿ ãåíåòèêàÑîâðåìåííàÿ ãåíåòèêàNicolae Popa BIOLOGIE ?I GENETIC? MODERN? Material didactic: prelegeri alese Cuprins: Din partea autorului 8 I. DIN ISTORIA CONCEP?IILOR DESPRE ERIDITATE 10 II. LEGILE EREDIT??II 14 2.1 Descoperirea celulei 14 2.2 Experien?ele lui Gr. Mendel ?i formularea legilor eredit??ii 15 2.3 Bazele citologice ale eredit??ii 19 III. TEORIA CROMOZOMIAL? A EREDIT??II 23 3.1 Cromozomii, genele ?i caracterele 23 3.2 Muta?iile ca surs? de alele noi 24 3.3 Muta?iile ?i mediul 25 IV. BAZELE MOLECULARE ALE EREDIT??II 27 4.1 Acizii nucleici 27 4.2 Mecanismul de replicare a ADN 28 4.3 Codul genetic 31 4.4 Mecanismul de repara?ie a defectelor din ADN 36 V. DETERMINISMUL GENETIC AL SEXULUI 39 5.1 De ce sunt necesare dou? sexe? 39 5.2 Mecanismele biologice de determinare a sexului 40 5.3 Mecanismul cromozomial de determinare a sexului 40 5.4 Determinarea sexului la om 42 5.5 Ob?inerea sexului dorit 45 VI. GENETICA UMAN? 47 6.1 Variabilitatea genetic? ?i mo?tenirea caracterelor la om 47 6.2 Ereditatea grupelor sanguine ?i a factorului rezus (Rh) 49 6.3 Metodele de studiere a eredit??ii omului 51 VII. GENETICA MEDICAL? 55 7.1 Ereditatea patologic? la om 55 7.2 Eugenica ?i genetica 57 7.3 Consulta?iile medico-genetice 58 VIII. DETERMINISMUL EREDITAR AL LONGEVIT??II 62 8.1 Gerontologia ?i genetica 62 8.2 Teoriile genetice ale îmb?trânirii 63 8.3 Perspectivele juvenologiei 65 IX. REALIZ?RILE ?I PERSPECTIVELE GENETICIII 67 9.1 Genetica ?i fitotehnia 67 9.1.1 Hibridarea ca metod? de ob?inere a soiurilor noi 68 9.1.2 Rolul poliploidiei în ameliorarea plantelor 70 9.1.3 Mutageneza experimental? 70 9.2 Genetica ?i zootehnia 72 9.2.1 Fenomenul heterozisului la animale 72 9.2.2 Reânvierea speciilor disp?rute 73 9.2.3 Banca de gene 74 9.3 Genetica ?i pedagogia 76 9.3.1 Genotipul ?i mediul social 76 9.3.2 Talentul ?i ereditatea 77 9.3.3 Embriogenetica ?i pedagogia 79 9.4. Genetica ?i psihologia 81 9.4.1 Omul ca fiin?? biiosocial? 81 9.4.2. Factorii ereditari ?i intelectul 82 9.4.3. Aptitudinile ?i ereditatea 83 X. INGINERIA GENETIC? 89 10.1 Structura genomlui 89 10.2 Direc?iile principale ale ingineriei genetice 91 10.3 Separarea ?i sinteza artificial? a genelor 93 10.4 Clonarea genelor 95 XI. INGINERIA GENETIC? LA MICROORGANISMELE INDUSTRIALE 97 11.1 Activitatea enigmatic? a microorganismelor vii 97 11.2 Ingineria genic? în natur?: transforma?ia, transduc?ia ?i conjugarea la bacterii 99 11.3 Ameliorarea microorganismelor 101 11.4 Industria ADN ?i biotehnologia 102 XII. INGINERIA GENETIC? LA PLANTE 105 12.1 Clonarea plantelor 105 12.2 Industria celulelor vegetale 107 12.3 Hibridarea celulelor somatice ?i ob?inerea hibrizilor asexua?i 109 12.4 Transferul interspecific al genelor 113 XIII. INGINERIA GENETIC? LA ANIMALE 116 13.1 Hibrizi neobi?nui?i: ob?inerea animalelor alofene 116 13.2 O turm? în retort?: transplantarea embrionilor 118 13.3 Descenden?? copiat?: clonarea animalelor 120 13.4 Animale transgenice 122 XIV. FONDUL GENETIC AL BIOSFREREI 125 14.1 Rolul organismelor vii în natur? ?i în economia na?ional? 125 14.2 Banca de gene a plantelor 127 14.3 Fondul genetic al plantelor 129 XVI. INGINERIA GENIC? ?I SISTEMATICA 134 15. Genele ?i sistematica 134 15.2 Gradul de înrudire genetic? 135 15.3 Realiz?rile ?i perspectivele genosistematicii 137 XVI. INGINERIA GENETIC? ?I MEDICINA 139 16.1 Povara genetic? în societatea uman? 139 16.2 Medicamentele – sub controlul genelor 141 16.3 Genoterapia ?i perspectivele ei 144 XVII. ASPECTELE SOCIALE ALE INGINERIEI GENETICE 148 17.1 Cutia Pandorei sau consecin?ele imprevizibile ale ingineriei genice 148 17.2 Clonarea oamenilor! 150 17.3 Controlul genetic la om: pro ?i contra 152 17.4 Ereditatea patologic? ?i criminalitatea 154 Din partea autorului Evident, pentru nimeni nu prezint? greutate s? deosebeasc? m?rul de par?, grâul de secar?, oaia de capr?, lupul de vulpe. Este bine cunoscut ?i faptul c? reprezentan?ii lumii vegetale ?i animale, de-a lungul unui ?ir infinit de genera?ii, dau via?? unor descenden?i, care sunt dup? chipul ?i asem?narea lor: leoaica na?te pui de leu, pisica - pui de pisic?, câinele - pui de câine. Tot odat?, din semin?e de floarea-soarelui vor r?s?ri numai plante de floarea-soarelui, iar din ghind? - numai arbori de stejar. În mod obi?nuit aceste fenomene sunt legate de ereditate. Prin no?iunea de ereditate se în?elege capacitatea organismelor vii de a transmite caracterele ?i însu?irile lor descenden?ilor. Se ?tie, îns?, c? asem?n?rile dintre p?rin?i ?i descenden?i nu sunt absolute - chiar ?i în cazurile când se spune «leit taic?-s?u» sau «leit maic?-sa». Descenden?ii prezint? anumite diferen?e individuale în raport cu caracterele definitorii ale p?rin?ilor. Aceste deosebiri sau – devieri de la tr?s?turile tipice ale p?rin?ilor constituie a?a-numitul fon de variabilitate sau variabilitatea. În virtutea acesteia organismele sunt capabile de a suferi la ac?iunea unor factori interni sau externi anumite modific?ri. Pe fundalul alb al coroanelor pomilor dintr-o livad? în floare un ochi atent va deosebi ?i numeroase nuan?e cromatice diferite de colora?ia general? a petalelor; între sutele de mii de frunze de pe oricare arbore nu vom vedea dou? identice ca form?, dimensiuni ?i colorit; printre cei cinci miliarde ?i jum?tate de oameni, care populeaz? planeta noastr?, nu vom g?si doi, care s? aib? exact acelea?i caractere ?i tr?s?turi. Exemple de acest fel se întâlnesc pretutindeni. În ce mod, îns?, are loc transmiterea prin ereditate a caracterelor? Unde ?i cum este fixat? informa?ia ereditar?? De ce se nasc uneori mon?tri, adic? indivizi cu anomalii grave? Pot fi oare schimbate caracterele organismelor, corectate defectele naturii? Putem ob?ine sexul dorit, «construi» noi forme de organisme? Aceste ?i numeroase alte întreb?ri sunt într-un fel sau altul legate de ereditate ?i variabilitate, care au devenit principalul obiect de studiu al unei ?tiin?e relativ tinere - genetica. În prezent genetica s-a divizat în numeroase direc?ii de investiga?ie, fiecare dintre acestea dispunând de metode specifice de lucru. În cartea pe care v-o propunem sunt examinate doar o parte din ele. Sarcina principal? autorul ?i-a v?zut-o, îns?, în familiarizarea unui cerc larg de cititori cu legile de baz? ale geneticii, cu realiz?rile ei cele mai importante, precum ?i cu cele mai însemnate domenii de aplicare a lor. În primele trei capitole am g?sit de cuviin?? s? prezent?m baza teoretica a acestei ?tiin?e, conducându-l pe cititor, într-o trecere sumar?, dar consecvent?, prin labirintul ideilor despre ereditate, începând cu antichitatea ?i pân? în prezent; s? prezent?m natura material? a acestui fenomen, precum ?i modul în care se produce el la nivel molecular-genetic. Probabil, c? anume aceste capitole se ?i disting printr-o anumit? dificultate de în?elegere, dar, dup? cum se ?tie, a se scrie despre lucruri complicate nu este o treab? u?oar?, iar simplificarea lor pân? la primitivizare ar însemna, dup? profunda noastr? convingere, s? facem un prost serviciu cititorului. Fiecare dintre capitolele urm?toare sunt consacrate prezent?rii sarcinilor practice ale geneticii în diferite ramuri ale economiei na?ionale. În acest sene deosebit de larg sunt dezv?luite realiz?rile geneticii în agricultur? ?i medicin?. Cele din domeniul pedagogiei ?i sociologiei - domenii în care genetica ?i-a g?sit recent aplicare, sunt mai modeste, ?i ocup? respectiv, un loc mai modest. Partea a doua a c?r?ii e consacrat? ingineriei genetice. Ce leg?tur? poate exista între genetic?, una dintre cele mai tinere ?tiin?e biologice, ?i inginerie - una dintre cele mai vechi ?tiin?e tehnice? E adev?rat c? secolul XX, pe m?sura avântului s?u tumultuos, genereaz? în ?tiin?? orient?ri mereu noi, neobi?nuite la prima vedere, care, pentru a fi realizate, necesit? antrenarea reprezentan?ilor celor mai diverse specialit??i. Acest lucru nu e întâmpl?tor. De cele mai multe ori noile descoperiri se fac mai ales în punctele de jonc?iune ale ?tiin?elor, acolo unde speciali?tii de diverse profiluri parc? se completeaz? reciproc prin ideile ?i concep?iile lor. Tot a?a s-a întâmplat ?i în cazul nostru. Biologia molecular? ?i genetica, folosind pe parcursul cercet?rilor lor nu numai metodele proprii, ci ?i metodele fizicii, chimiei, matematicii, ciberneticii ?i celorlalte ?tiin?e, au dat na?tere unei noi ?tiin?e aplicate - ingineria genetic?. În c?r?ile de specialitate aceast? ?tiin?? are dou? denumiri: ingineria genetic? ?i ingineria genic?, care, de fapt, sunt sinonime. Sensul lor îns? nu este absolut identic: cuvântul «genetic» provine de la «genetic?», pe când cuvântul «genic» ?ine de gene. Denumirea «ingineria genetic?» este mai ampl?, deoarece, conform spuselor academicianului A. A. Baev, cunoscut cercet?tor în acest domeniu, ea se ocup? de construirea structurilor genetice func?ional active, adic? de crearea unor programe genetice artificiale, iar un întreg program genetic nu se mai refer? doar la o simpl? gen?. Astfel, îns??i denumirea acestei ?tiin?e reflect? con?inutul cercet?rilor ei. Precum a marcat academicianul N. P. Dubinin, îmbinarea cuvintelor «genetic?» ?i «inginerie» arat? c?, în sfâr?it, a început a se realiza visul savan?ilor, a început timpul când biologul, asemeni f?uritorului de mijloace tehnice moderne, va putea construi modele biologice, pe care le va traduce apoi în via??, creând con?tient orice organism viu cu propriet??i programate anterior. Ingineria genetic? n-a ap?rut, bineîn?eles, spontan, pe un loc gol. Na?terea ei a fost determinat? de dezvoltarea impetuoas? a biologiei moleculare ?i a geneticii, care a început în a doua jum?tate a secolului nostru. Apari?ia acestei ?tiin?e se datoreaz? realiz?rilor anterioare ale biologiei ?i geneticii clasice, temeliile c?rora au fost puse în prima jum?tate a secolului XX. În cartea noastr? ne-am propus s? relat?m acele evenimente care au condus treptat, dar consecvent la constituirea acestei noi ?tiin?e. Vom vorbi despre realiz?rile practice ale ingineriei genetice în fitotehnie, zootehnie ?i în industria microbiologic?, despre perspectivele pe care le au protec?ia fondului genetic, genosistematica ?i genetica medical?. Vom analiza ?i fenomenele controversate, ce ?in de aceste cercet?ri, precum ?i aspectele lor sociale. În carte se opereaz? în temei cu adev?ruri general acceptate, dar pe alocuri ne oprim aten?ia ?i asupra unor aspecte insuficient elaborate, a c?ror elaborare, îns?, se va realiza în timpul cel mai apropiat. Aceasta se refer? la astfel de probleme importante, ca reglarea sexului, clonarea animalelor ?i a plantelor, prelungirea vârstei de tinere?e a omului, descoperirea hipertimpurie a capacit??ilor deosebite la copii ?. a. Credem c? par?ial faptul este justificat prin interesul pe care-l nutre?te tineretul contemporan fa?? de aceste probleme, la a c?ror rezolvare el va participa, f?r? îndoial?, în mod nemijlocit. Vom tr?i un sentiment de fireasc? bucurie atunci, când fiecare dintre cititori va g?si pe parcursul lucr?rii ceva de folos ?i interesant pentru el. ?i vom fi recunosc?tori pentru orice sugestie, care ni se va face referitor la carte. Autorul I. DIN ISTORIA CONCEP?IILOR DESPRE ERIDITATE De?i ca ?tiin?? genetica a început a se constitui la r?scrucea secolelor XIX-XX, fenomenele ereditare au preocupat demult min?ile oamenilor. Din timpuri str?vechi omul se întreba: de ce copiii seam?n? sau nu cu p?rin?ii? Care este mecanismul transmiterii materialului ereditar ?i ce structuri o înf?ptuiesc? Evolu?ia concep?iilor cu privire la ereditate este ea îns??i extrem de interesant?, de aceea credem c? pentru început este potrivit s? prezentam unele dintre aceste idei în succesiunea lor cronologic?. În Egiptul antic slujitorii cultului explicau toate particularit??ile proprii eredit??ii ?i variabilit??ii cu ajutorul teoriei metapsihozei (despre str?mutarea sufletelor de la un organism la altul). Ei afirmau pe aceast? baz? c? toate tr?s?turile ?i însu?irile fiin?elor vii depind de calit??ile sufletului care se instaleaz? în fiecare dintre ele în momentul concep?iei. ?i în Grecia antic? mul?i filozofi au încercat s? explice fenomenul eredit??ii. Astfel, filozoful materialist Democrit este exponentul, unei înv???turi, în multe privin?e naiv?, dar consecvent materialist? despre ereditate, conform c?reia în procesul form?rii produselor sexuale toate componentele corpului secret? particule minuscule, care se concentreaz? în s?mân?? (sperm?) ?i împreun? cu aceasta sunt transmise descenden?ilor. Tot odat?, dup? Democrit, la acest proces de transmitere a tr?s?turilor ?i însu?irilor care le sunt proprii contribuie în egal? m?sur? tat?l, ?i mama. Aceast? doctrin? a fost dezvoltat? în continuare de c?tre Hipocrat (460-375 î. e. n.), fiind denumit? pangenez?. În lucrarea «Despre s?mân?? ?i despre natura copilului» Hipocrat scria urm?toarele: «S?mân?a - atât cea femeiasc?, cât ?i cea b?rb?teasc?-provine de la corpul întreg, cea provenit? din p?r?ile slabe este slab?, cea provenit? din p?r?ile puternice-este viguroas?, ?i, de regul?, în acela?i mod se repartizeaz? ?i în copil. ?i dac? dintr-o parte a corpului în s?mân?? se secret? mai multe elemente de la b?rbat decât de la femeie, copilul seam?n? mai mult cu tat?l; iar dac? dintr-o parte oarecare se secret? mai multe elemente de la femei, copilul seam?n? mai mult cu mama. Nici odat?, îns?, nu se poate întâmpla ca f?tul s? semene mamei cu toate p?r?ile corpului, iar cu tat?l s? nu semene deloc sau invers, ori, în general, s? nu semene în nici un fel cu amândoi, fiindc? s?mân?a din corpurile amândurora se transmite f?tului». Aristotel (384-322 î. e. n.) s-a pronun?at împotriva ipotezelor pe care se sprijinea pangeneza. El remarca: «Mai întâi de toate, asem?narea nu poate servi drept dovad? a secret?rii semin?ei din întreg corpul, deoarece asem?n?toare devine ?i vocea, ?i unghiile, ?i p?rul, ?i chiar mi?c?rile, iar de la toate acestea nu se secret? nimic» Aristotel, spre deosebire de Hipocrat, afirma totodat? c? fiecare dintre p?rin?i joac? un rol cu totul diferit la apari?ia descenden?ei: de la mam? provine numai o materie moart?, pasiv?, incapabil? de a se dezvolta în mod independent, în timp ce tat?l furnizeaz? for?a vital?, care însufle?e?te aceast? materie inactiv? ?i dirijeaz? dezvoltarea organismului. Dup? Aristotel, for?a vital?, pe care el o denume?te enteslehie, este imaterial?, indivizibil? ?i reprezint? acel ideal spre care tinde organismul în procesul dezvolt?rii sale. Din s?mân??, conform opiniei lui, for?a vital? se revars? prin tot organismul, determinând toate particularit??ile specifice ale diferitelor ?esuturi ?i organe din el. La începutul erei noastre Galen (129-199 e. n.), un alt înv??at grec, afirma, c? ambii p?rin?i particip? în egal? m?sur? la transmiterea tr?s?turilor ?i însu?irilor ce le sunt lor proprii copiilor. O dovad? a acestui fapt o constitui asem?narea copiilor cu ambii p?rin?i, asem?nare ce se observ? în majoritatea cazurilor. În perioada Evului Mediu cuno?tin?ele despre ereditate nu s-au dezvoltat. Toate publica?iile cu acest subiect erau interzise de biseric?, deoarece concep?iile despre mo?tenirea caracterelor ?i evolu?ia organismelor nu corespundeau cu principiile ?i ideile ei. Abia în secolul al XVII-lea se fac primele descoperiri importante în domeniul eredit??ii. Este perioada în care au fost construite primele microscoape, cu ajutorul c?rora a început studierea celulelor ?i ?esuturilor organismelor. Savan?ii A. Levenhuc, M. Malpighi ?i G. Laibni? au descoperit ?i au descris spermatozoizii (celulele sexuale masculine) la câteva specii de animale. Ei au fost primii care au lansat concep?ia cu privire la faptul c? spermatozoizii con?in în stare gata preformat?, dar miniatural?, un întreg embrion ?i, din contra, al?i biologi erau de p?rerea c? embrionul preformat se afl? în ovul (celula sexual? feminin?). A?a a luat na?tere teoria preformist?, conform c?reia celulele sexuale, atât cele feminine, cât ?i cele masculine, con?in viitoarele organisme în stare integr?, în stare preformat?, cu toate organele ?i ?esuturile în miniatur?, care mai apoi î?i m?resc, pur ?i simplu, dimensiunile ?i cap?t? aspectul unui individ matur. În acest fel, preformismul admite numai modific?rile cantitative ale p?r?ilor deja formate ale organismului ?i le neag? pe cele calitative, ce se produc în procesul dezvolt?rii individuale, adic?, de fapt, neag? îns??i dezvoltarea. O prim? lovitur? important? asupra teoriei preformiste a fost dat? de c?tre S. F. Wolf, care în anul 1759 a formulat teoria epigenezei. Conform acestei teorii, embrionul nu se afl? în stare format? în ovul sau spermatozoid, ce rezult? din ovulul fecundat ca urmare a unei serii întregi de transform?ri calitative succesive, care conduc la formarea ?esuturilor ?i organelor. Cristalizarea unor noi idei despre ereditate a devenit posibil? odat? cu dezvoltarea teoriei transformiste, care a deschis calea unei fundament?ri experimentale a unor fenomene biologice. În lucrarea sa «Filozofia zoologic?» savantul francez J. B. Lamark a expus principiile de baz? ale modific?rii organismelor ?i ale mo?tenirii a?a-numitelor caractere favorabile. Conform acestor principii, organismele sufer? în permanen?? schimb?ri ca urmare a ac?iunii factorilor mediului înconjur?tor Dup? opinia lui Lamark, influen?a ambian?ei determin? modific?ri adecvate în interiorul organismelor, adic? în acestea se formeaz? caractere ce corespund întocmai condi?iilor de via??. Aceste caractere se transmit prin ereditate, sunt mo?tenite ?i de aceea ele se afl? la baza evolu?iei progresive. Iat?, de exemplu, cum explic? Lamark lungirea gâtului la giraf?. Se cunoa?te c? str?mo?ii girafei aveau gâtul scurt. Odat? cu schimbarea condi?iilor de via??, ei au încetat treptat s? se mai hr?neasc? cu iarb? (dat fiind faptul c? aceasta era tot mai greu de g?sit) ?i au început s? se hr?neasc? cu frunze de copac de pe p?r?ile inferioare ale coroanelor, apoi ?i de pe cele superioare. Pentru aceasta animalele î?i întindeau gâtul ?i-l exersau. Opera?ia fiind repetat? de nenum?rate ori, încetul cu încetul lungimea gâtului crescu. Ap?ru astfel un nou caracter, care s-a transmis prin ereditate genera?iilor ulterioare. Exerci?iul impus de condi?iile de via?? continu? ?i în final apar girafele contemporane, animale care au cel mai lung gât. E simplu, nu? În aparen??-da, în realitate, îns?, unei astfel de explica?ii a eredit??ii îi scap mecanismele propriu-zise ale procesului de mo?tenire a caracterelor dobândite. S? zicem, c? animalele mature au dobândit un caracter nou – gâtul lung. Informa?ia cu privire la acest caracter dobândit (nu mo?tenit) trebuie s? se transmit? într-un mod oarecare în celulele sexuale, deoarece numai prin acestea ea poate deveni un bun al urm?toarelor genera?ii ale organismului dat. Care, îns?, e modalitatea de transmitere a acestei informa?ii? Nici Lamark ?i nici oricare altul dintre adep?ii teoriei sale n-au oferit explica?ia mecanismului real al acestei transmiteri. De men?ionat c? înc? Jorj de Buffon (1707-1788) constata categoric în operele sale: «Câinii, c?rora li se taie din genera?ie în genera?ie urechile ?i cozile, transmit aceste defecte urma?ilor lor». ?arl Bone (1720- 1793), negând aceast? afirma?ie, spunea: «Nu este oare destul exemplul cailor engleze?ti, c?rora li se taie cozile timp de dou? secole ?i care se nasc cu cozi, pentru a-l combate pe domnul de Buffon ?i a pune la îndoial? faptul pe care el îl prezint? drept veridic». Ideea despre mo?tenirea caracterelor dobândite p?rea atât de elocvent?, încât timp îndelungat ea a fost considerat? inatacabil?. Însu?i cunoscutul fiziolog I. P. Pavlov a f?cut încercarea de a explica transformarea reflexelor condi?ionate (dobândite, ne ereditare) ?i necondi?ionate (înn?scute, mo?tenite) la ?oareci. Reflexe înn?scute, sunt de exemplu, primul ?ip?t al copilului imediat dup? na?tere, obi?nuin?a cucului de a-?i depune ou?le în cuiburi str?ine ?. a. Ele nu se formeaz? în cursul vie?ii, ce se transmit descenden?ilor de la p?rin?i. De categoria reflexelor condi?ionate ?ine obi?nuin?a de a lua masa la anumite ore, fumatul tutunului ?i altele, care nu se transmit prin ereditate, ce se formeaz? ?i dispar pe parcursul vie?ii individuale. I. P. Pavlov i-a dat colaboratorului s?u N. P. Studen?ov misiunea s? studieze posibilitatea transform?rii reflexelor condi?ionate în necondi?ionate. Formarea reflexului condi?ionat consta în înv??area ?oarecelui supus experien?ei s? alerge spre locul de hr?nire la emiterea unui semnal sonor. Rezultatele experien?ei au ar?tat c? pentru formarea acestui reflex la prima genera?ie de ?oareci sunt necesare 300 de lec?ii. La genera?ia a doua - de numai 100 de lec?ii, genera?ia a trei s-a înv??at dup? 30 de lec?ii, a patra dup? 10, iar a cincia - dup? 5 lec?ii. Pe baza acestor date Pavlov a f?cut concluzia, c? peste o perioad? de timp o nou? genera?ie de ?oareci, la auzul semnalului sonor, va alerga spre locul de hr?nire f?r? lec?ii prealabile. În leg?tur? cu aceasta un alt savant cu faim? - N. C. Col?ov - i-a f?cut o vizit? lui I. P. Pavlov special pentru a-l convinge de imposibilitatea mo?tenirii reflexelor condi?ionate, el fiind de p?rerea, c? «se înv??au nu ?oarecii, ce experimentatorul, care pân? la momentul respectiv nu avea experien?? de lucru cu ?oarecii». Nu este inutil s? amintim, c? artistul de circ V. Durov, ne întrecut în arta dres?rii animalelor, s-a mirat mult, când a auzit despre cele 300 de lec?ii de înv??are a ?oarecilor. El avea nevoie doar de câteva ore pentru a înv??a ?oarecii s? execute anumite procedee. Ca urmare, rezultatele experien?elor lui Studen?ov au fost puse sub semnul îndoielii ?i dup? câteva verific?ri în diferite laboratoare s-a stabilit definitiv c? ele nu se confirm?. Nu s-au mai confirmat nici în laboratorul lui I. P. Pavlov. Pentru el, experimentator iscusit, aceast? întâmplare a fost cât se poate de ne pl?cut?. La 13 mai 1927 Pavlov scria în ziarul «Pravda» urm?toarele: «Experien?ele ini?iale asupra transmiterii prin ereditate reflexelor condi?ionate la ?oarecii albi, folosindu-se o metodic? îmbun?t??it? ?i aplicându-se un control mai riguros, pân? în prezent nu au dat rezultatele scontate, de aceea nu am motive s? m? consider adept al acestei transmiteri». S? ne imagin?m pentru o clip?, c? mo?tenirea caracterelor dobândite (ne ereditare) este posibil?. În acest caz în familiile atle?ilor ar trebui s? se nasc? numai atle?i, la muzicieni - numai muzicieni, iar copiii tuturor intelectualilor n-ar mai avea nevoie de ?coal? - ar ?ti cu to?ii s? scrie ?i s? citeasc?. Doar toate aceste capacit??i se ob?in în cursul vie?ii. Mo?tenirea lor ar fi o performan?? remarcabil?. S? presupunem, c? avem de rezolvat sarcina ob?inerii unui nou soi de p?pu?oi, care d? roade bogate chiar ?i pe soluri obi?nuite, f?r? a se introduce îngr???minte. Nimic mai simplu! Am proceda în felul urm?tor: pe parcursul câtorva genera?ii am trata cu îngr???minte Iotul, pân? vom ob?ine roada cea mai bogat? posibil?, iar în continuare acest caracter dobândit (rodnicia înalt?) se va transmite prin ereditate ?i se va manifesta chiar ?i pe solurile care n-au fost introduse îngr???minte. Dar lucr?torii din agricultur? ?tiu foarte bine c? atunci când în sol se introduc îngr???mintele necesare, se ob?ine o road? bogat? ?i invers. Acela?i adev?r este valabil ?i referitor la animale. Buna între?inere duce la indicatorii dori?i, iar între?inere rea - la indicatorii corespunz?tori. Faptul ?i-a g?sit o bun? reflectare în aceste versuri ale lui A. Busuioc: «Eu nu ?tiu zootehnie, Dar cunosc un adev?r: Dac? dai la porc hârtie, Nu vezi carne m?i b?die, Cum nu vezi pe broasc? p?r» Este cunoscut c? T. D. Lâsenco a experimentat timp de peste 20 de ani, pentru a putea ob?ine o ras? de vaci cu lapte gras. ?i totul a fost zadarnic. De?i vi?eii mai multor genera?ii succesive, au fost între?inu?i dup? o diet? special? (erau hr?ni?i cu lapte cu un procent ridicat de gr?sime), acest caracter nu s-a transmis prin ereditate. Dar s? revenim la tem?. În anul 1859 marele savant englez Charlz Darwin a dat publicit??ii lucrarea «Originea speciilor», în care a expus bazele teoriei evolu?ioniste. În acest context ereditatea a fost acceptat? ca unul din factorii evolu?iei, de?i ?i pentru Darwin mecanismul eredit??ii, esen?a ei, au r?mas necunoscute. În vederea explic?rii eredit??ii Darwin a apelat, la concep?ia respectiv? a lui Hipocrat, a reînviat-o, aprofundând-o, ?i a expus-o ca pe o «ipotez? provizorie a pangenezei». Darwin era de p?rerea c? toate celulele organismelor pluricelulare secret? particule foarte mici (corpusculi) pe care le-a numit gemule. Deplasându-se cu u?urin??, aceste gemule se concentreaz? în locurile unde are loc formarea produselor sexuale. În procesul dezvolt?rii noului organism gemulele diferitelor celule, formatoare de produse sexuale, condi?ioneaz? dezvoltarea unor celule similare celor care le-au generat pe ele. Tot odat?, Darwin considera, c? celulele modificate produc gemule modificate, care genereaz? ulterior celule de asemenea modificate, presupunând c? aceast? particularitate a gemulelor reprezint? baza materiala a mo?tenirii modific?rilor care au loc în procesul dezvolt?rii individuale. În acest fel, Darwin accepta ideea materialit??ii ?i segment?rii (caracterul discret) al eredit??ii ?i considera c? unit??ile materiale ale eredit??ii - gemulele se deplaseaz? liber prin tot corpul ?i într-o anumit? m?sur? se pot transmite independent una de alta. În prezent teza lui Darwin referitoare la materialitatea ?i caracterul discret al eredit??ii a c?p?tat o recunoa?tere unanim?, de?i teoria despre migrarea gemulelor prezint? doar un interes istoric. În 1892 zoologul german August Waisman a emis în calitate de antitez? a «ipotezei provizorii a pangenezei» a?a-numita teorie a plasmei germinative (idioplasma). Waisman considera c? corpul organismelor pluricelulare este compus din dou? componente diferite sub raport calitativ - soma (totalitatea celulelor somatice sau corporale, excep?ie f?când cele sexuale) ?i plasma germinativ?, care condi?ioneaz? ansamblul de însu?iri ereditare ale organismelor ?i care în cantitate deplin? se con?ine doar în celulele sexuale. Conform teoriei lui Waisman, plasma germinativ? este deosebit de constant?, fapt care-i asigur? p?strarea în stare neschimbat? în decursul multor mii de genera?ii. Waisman a numit particulele materiale heterogene, din care este alc?tuit? plasma germinativ?, determinan?i. Determinan?ii au facultatea de a se multiplica ?i de a forma particule de acela?i fel cu ei. Plasma germinativ? ?i determinan?ii se afl? în nucleul ovulului fecundat (zigotului). Concomitent cu prima diviziune are loc o împ?r?ire inegal? a determinan?ilor în celulele-fiice. Nucleele unor celule î?i men?in întreaga plasm? germinativ? f?r? modific?ri, în cadrul nucleelor altor celule ea se repartizeaz? în a?a fel, încât, spre sfâr?itul procesului de divizare a ovulului, în nucleele acestor celule r?mâne un num?r ne însemnat de determinan?i. Datorit? repartiz?rii inegale a plasmei germinative, în embrionul în dezvoltare se formeaz? dou? tipuri de celule: pe de o parte, celulele c?ii germinative, din care se formeaz? celule sexuale ?i care con?in întreaga garnitur? de determinan?i, iar pe de alta - celulele somatice, ale c?ror nucleu con?ine un num?r variabil de determinan?i, de aceea ele pun începutul diferitelor ?esuturi din organism. Conform acestei teorii, plasma germinativ? este un tot ?i se transmite integral de la o genera?ie la alta. Mai târziu, îns?, s-a constatat c? informa?ia ereditar? este localizat? nu numai în celulele sexuale, dar ?i în cele somatice. Astfel, se cunosc cazuri de dezvoltare a plantelor numai din celule somatice (ne sexuale). În prezent împ?r?irea organismului în dou? p?r?i - som? ?i plasm? germinativ? - propus? de Waisman, care considera c? ele ar fi diferite prin ereditate, a fost categoric respins? de genetic?. În acest fel, ideile despre ereditate, începând cu cele mai vechi timpuri ?i pân? în secolul XIX, s-au dovedit a fi în bun? parte naive ?i bazate pe intui?ie. Dezvoltarea în continuare a teoriei despre ereditate putea fi fructuoas? doar bazându-se pe numeroasele experien?e privind încruci?area între ele a diferitelor specii de plante ?i animale. II. LEGILE EREDIT??II 2.1 Descoperirea celulei Analizând opiniile marilor savan?i a dou? epoci îndep?rtate, a antichit??ii ?i a Rena?terii, în?elegem c? concep?iile lor asupra esen?ei eredit??ii con?in acelea?i no?iuni intuitive. Ei încercau s? în?eleag? ?i s? descrie fenomenele pe care le observau, dar pe care nu le puteau dovedi în mod experimental. Pentru ca aceste fenomene s? fie dovedite în mod experimental, a fost nevoie de mult timp, pe parcursul c?ruia savan?ii au acumulat cuno?tin?e noi, p?trunzând treptat în microuniversul proceselor ?i fenomenelor biologice. Cu peste trei secole în urm? olandezul Antoni van Levenhuc (1632-1723) în timpul liber a înv??at s? ?lefuiasc? sticla ?i a ob?inut în acest sens mari succese. El a izbutit s? observe, privind prin aceste sticle, ni?te obiecte foarte mici, care erau m?rite de 200 ?i chiar de mai multe ori. Aparatul s?u Levenhuc l-a numit microscop. În compara?ie cu realiz?rile tehnice moderne microscopul lui Levenhuc era destul de primitiv, dar la sfâr?itul secolului XVII el a reu?it s? observe cu ajutorul lui lucruri pe care nu le v?zuse pân? la el nici un om din lume. Cu ajutorul microscopului s?u el a descoperit, c? o pic?tur? de ap? con?ine o cantitate enorm? de animale neobi?nuite, foarte mici, de diferite forme. El a numit aceste fiin?e bizare «animalcula», ceea ce înseamn? în traducere din limba latin? «animal». Astfel, un naturalist amator necunoscut a descoperit o lume necunoscut? pân? la el. Savan?ii englezi au acordat aten?ie scrisorilor ?i desenelor microuniversului v?zut de Levenhuc, pe care acesta le-a trimis Societ??ii regale din Londra, lucru foarte important pentru ?tiin??. În anul 1680 el a fost alese membru-corespondent al acestei societ??i. Robert Huc (1635-1703), naturalist englez, contemporan lui A. Levenhuc, f?cea ?i el parte din num?rul celor înseta?i de cuno?tin?e. Odat? i-a atras aten?ia un dop de sticl?. El a t?iat o sec?iune foarte sub?ire din dop ?i a cercetat-o la microscop, r?mânând uluit de descoperirea f?cut?: pe sec?iunea dopului a observat o structur? ce se asem?na mult cu fagurii de miere. Huc a numit elementele observate ale sec?iunii sub?iri a dopului «celula» - celul?. Mai târziu, savan?ii s-au convins cu ajutorul unor microscoape mai perfecte c? nu numai lemnul stejarului, dar c? ?i celelalte plante sunt compuse din diferite celule. Cercet?torii au observat în multe celule câte o «insuli??». În anul 1831 botanistul englez Robert Brown (1773-1858) a numit aceast? «insuli??» «nucleus», adic? «nucleu» în traducere din latin?. Savantul german Matias ?chleiden (1804-1881), aflând despre descoperirea nucleielor în celulele vegetale, f?cut? de R. Brown, a emis teoria despre originea ?esuturilor celulare. Aceast? teorie a produs o deosebit? impresie asupra lui Teodor Schwan, tân?r biolog, contemporan lui. Studiind embrionii ?i ?esuturile animalelor, Schwan a descoperit în ele ni?te forma?iuni care aminteau celulele vegetale. El a comunicat acest lucru compatriotului s?u ?cleiden. Discutând problema structurii celulare a ?esuturilor animale, , Schwan ?i ?chleiden se convingeau de adev?rul presupunerilor lor: în celule sunt concentrate temeliile vie?ii. Aceast? tez? cunoscut? sub denumirea de teorie celular? Schleiden-Schwan o con?in majoritatea manualelor de biologie. Vom vedea în continuare, îns?, c? lucrurile nu-s chiar a?a. Structura ?esuturilor organismelor vii a fost studiat? ?i de al?i savan?i, care au contribuit la formarea teoriei celulare. Unul dintre ace?tia a fost naturalistul ceh Ian Purchine (1787-1869). În anul 1837 Purchine a prezentat la congresul naturali?tilor ?i medicilor germani un raport, în care a enun?at teoria (argumentele în sus?inerea ei, el le-a prezentat înc? în anul 1825), conform c?reia toate ^ celulele animale ?i vegetale au nuclee. Astfel cu doi ani : pân? la apari?ia operei fundamentale a lui Schwan «Cercet?ri microscopice» (1839), în care se descria structura celular? a ?esuturilor plantelor ?i animalelor, Purchine a expus aceia?i idee. Pe baza cercet?rilor efectuate mai târziu s-a aflat c? nucleul este cea mai important? parte component? a celulei, centrul ei de comand?. În nucleu sunt concentrate toate dispozi?iile, aici se iau, de fapt, toate deciziile ce ?in de activitatea vital? a celulei. Este important ?i faptul c? celulele se deosebesc foarte pu?in între ele, iar sistemele lor de reproduc?ie ?i de conducere s-au dovedit a fi absolut identice. Toate aceste realiz?ri au fost cu adev?rat epocale, deoarece ele nu au descoperit numai un microunivers necunoscut ochiului ne înarmat, ce au determinat ?i direc?ia unor noi cercet?ri ?tiin?ifice, care ne-au apropiat de tainele eredit??ii. 2.2 Experien?ele lui Gr. Mendel ?i formularea legilor eredit??ii Primele lucr?ri importante de hibridizare a plantelor au fost efectuate în a doua jum?tate a secolu-lui XVIII de I. G. K(lreuter, membru al Academiei din Sanct-Peterburg. K(lreuter a demonstrat definitiv existen?a la plante a caracterelor de sex, fecunda?ia, precum ?i posibilitatea ob?inerii hibrizilor interspecifici. Tot K(lreuter a descoperit fenomenul numit heterozis, care se produce la încruci?area unor soiuri diferite: hibrizii din prima genera?ie sunt mai productivi ca formele parentale. Cultivatorii de plante ?i selec?ionatorii au dat aprecierea cuvenit? acestor descoperiri remarcabile, aplicându-le pe larg în practica lor. O aten?ie însemnat? au acordat metodelor de hibridizare T. Nait, mul?i ani pre?edinte al societ??ii pomicultorilor din Londra, M. Sageret, naturalist ?i agronom-savant, membru al societ??ii agricole pariziene ?i al?i savan?i din Europa. Îns? eroarea de baz?, în care au c?zut, consta în faptul c? ei studiau transmiterea prin ereditate a unui grup întreg de caractere formate prin hibridizare ?i ignorau eviden?a cantitativ? a fiec?rui caracter în parte la descenden?ii dintr-un ?ir consecutiv de genera?ii. Anume din aceast? cauz? ei n-au reu?it s? formuleze legile eredit??ii ?i s? explice mecanismul acestui fenomen biologic. Onoarea acestor descoperiri apar?ine lui Iohan Gregor Mendel, str?lucit cercet?tor ceh. Fiu de ??ran, I. Mendel n-a putut s?-?i termine studiile universitare ?i din cauza greut??ilor de ordin material a fost nevoit s? se c?lug?reasc? (c?p?tând cu acest prilej un nume nou – Gregor). Concomitent cu predarea fizici, matematici, ?tiin?elor naturii la ?coala real?, el efectua experien?e privind încruci?area unor soiuri diferite de maz?re (comanda la diferite firme, produc?toare de semin?e, 34 de soiuri de maz?re). Timp de doi ani Mendel a examinat soiurile ob?inute sub aspectul purit??ii ?i, numai dup? ce s-a convins c? fiecare soi d? na?tere unei descenden?e absolut uniforme, a început s? efectueze experien?e pentru cercetarea unor caractere clar exprimate. Mendel ?i-a ales maz?rea pentru experien?e, deoarece la aceast? plant? nu are loc polenizarea încruci?at?: florile de maz?re sunt bisexuate, adic? dispun ?i de sta-mine, ?i de pistil, al c?rui stigmat se acoper? de polen înc? înainte de înflorire. În acest fel se produce autopolenizarea plantelor. Pentru ob?inerea hibrizilor de la diferite soiuri, îns?, este necesar? polenizarea artificial?. În acest scop Mendel alegea momentul când butonul era gata de fecundare, îl deschidea, înl?tura una dup? alta toate staminele ?i pres?ra pe stigmatul pistilului polen de pe alte plante. Mendel aplica aceast? opera?ie la mii de flori. Erau supuse încruci??rii artificiale plante prezentând caractere diferite: cu semin?e galbene ?i verzi, netede ?i rugoase, cu flori ro?ii ?i albe. ?i în toate experien?ele se ob?ineau rezultate identice - un caracter era de fiecare dat? mai exprimat decât cel?lalt (domina). De exemplu, culoarea galben? a semin?elor domina asupra culorii lor verzi, culoarea ro?ie a florii – asupra celei albe, suprafa?a neted? a semin?elor – asupra celei rugoase. Astfel, ca urmare a încruci??rii plantelor cu semin?e galbene ?i verzi, întreaga descenden?? avea semin?ele galbene. Se isc? întrebarea: unde a disp?rut culoarea verde? Dar Mendel nu se gr?bea s? trag? concluzii. Prim?vara urm?toare el introduce semin?ele în sol ?i nu mai intervine; plantele ce urmau s? creasc? au fost l?sate s? se autopolenizeze. Spre sfâr?itul verii strânge roada ?i o supune analizelor. El a observat ceva interesant. ?i anume: dac? la prima genera?ie toate semin?ele erau la fel ?i mo?teneau doar caracterul dominant (culoarea galben?), la cele din genera?ia a doua, pe lâng? caracterul dominant, ap?ru un altul (culoarea verde), pe care l-a numit caracter recesiv. Faptul l-a condus pe Mendel la concluzia c? culoarea verde a semin?elor primei genera?ii nu disp?ruse cu totul, ce într-o form? atenuat?, ascuns?, s-a p?strat. ?i aceea ce era deosebit de interesant, între caracterul dominant ?i cel recesiv se constata o corela?ie cât se poate de riguroas?. Astfel, dintr-un num?r de 8023 de semin?e 6022 erau dominantele galbene, iar 2001 – recesivele verzi. Acest raport s-a dovedit a fi egal cu 3,01:1. Între cele 7324 semin?e din genera?ia a doua 5474 erau netede ?i 1850 rugoase. În acest caz raportul s- a dovedit a fi egal cu 2,96:1. Acela?i lucru s-a constatat ?i în cazul celorlalte perechi de caractere contrastante. În genera?ia a doua are loc segregarea caracterelor în a?a fel, încât un caracter recesiv revine la trei caractere dominante. Este descoperit?, deci, o foarte important? legitate! Dar pe Mendel îl intereseaz? modul în care se vor manifesta aceste caractere la urm?toarea, cea de-a treia genera?ie. ?i din nou ob?ine rezultate nea?teptate: în cazul autopoleniz?rii plantelor cu caractere recesive fenomenul segreg?rii lipse?te, întreaga descenden?? este omogen?. În schimb, plantele cu caractere dominante se manifest? în mod diferit: o treime din ele nu segreg? în continuare; la celelalte dou? se produce segregarea caracterelor dominante ?i recesive într-un raport de 3 la 1! Plantele care in genera?iile urm?toare î?i p?streaz? neschimbate caracterele au fost numite homozigote (omogene), iar plantele la care avea loc segregarea caracterelor au fost numite heterozigote (heterogene) sau hibride. Reie?ind din experien?ele efectuate, Mendel a formulat dou? reguli: regula domin?rii, denumit? ulterior prima lege a lui Mendel, sau legea uniformit??ii hibrizilor din prima genera?ie; ?i cea de-a doua – regula segreg?rii sau a doua lege a lui Mendel. Ea se bazeaz? pe faptul c? într-o descenden?? de plante hibride, pe lâng? caractere dominante, apar ?i caractere recesive, reprimate în prima genera?ie. Este cunoscut? ?i legea a treia a lui Mendel – legea purit??ii game?ilor sau legea reparti?iei independente a factorilor ereditari. Aceast? lege se manifest? în cazurile în care formele parentale alese pentru încruci?are se deosebesc între ele dup? câteva perechi de caractere contrastante. În acest fel Mendel a fost primul care a reu?it s? stabileasc? raporturile cantitative ?i legile de manifestare a eredit??ii. Cu ajutorul acestor legi el a putut s? demonstreze de ce caracterele ereditare se comport? anume într-un fel ?i nu în altul. Mendel a f?cut presupunerea, c? factorii ereditari (genele) formeaz? perechi ?i constau din dou? subunit??i, cunoscute în prezent sub numele de alele. În procesul form?rii celulelor sexuale (proces, numit gametogenez?) genele alele nimeresc în game?i diferi?i, iar în procesul fecunda?iei se unesc iar??i în perechi. Folosind diferite semne conven?ionale, Mendel a prezentat în felul urm?tor procesul de combinare a alelelor ?i, prin urmare, a caracterelor. Formele parentale el le-a însemnat prin P (de la latinescul parenta – p?rin?i), forma matern? – prin semnul ?, care la grecii antici simboliza oglinda Venerei, iar forma patern? prin semnul ? , care semnifica scutul ?i suli?a zeului Marte. Alelele dominante au fost însemnate cu majuscule, iar cele recesive - cu litere mic. Semnul X urma s? simbolizeze procesul încruci??rii formelor parentale, F1 ?i F2 – prima ?i a doua genera?ie (F – de la latinescul filii – copii). S? examin?m cazul, când pentru încruci?are, în calitate de forma matern? a fost folosit? maz?re cu flori ro?ii, iar în calitate de forma patern?- maz?re cu flori albe. Dat fiind faptul c? formele parentale sunt uniforme (homozigote), ele se înseamn? prin urm?toarele perechi de alele: AA – pentru forma matern? (culoarea ro?ie a florilor) ?i aa pentru forma patern? (culoarea alb? a florilor). În procesul form?rii game?ilor (celulelor sexuale) fiecare dintre aceste alele se integreaz? lor. În timpul fecund?rii game?ii masculi (spermatozoizii) se unesc cu game?ii femeli (ovulele) ?i produc zigo?i (ovule fecundate), ce con?in o alel? dominant? provenit? de la forma matern? ?i una recesiv?, provenit? de la forma patern?. În acest fel, formula lor genetic? va fi Aa. Dar în virtutea faptului c? alela A reprim? complect ac?iunea alelei a, în descenden?? se manifest? caracterul unuia dintre p?rin?i ?i anume culoarea ro?ie a florilor, care o domin? pe cea alb?. Anume prin aceasta se explic? uniformitatea hibrizilor din prima genera?ie. |
|
© 2007 |
|