8. Партеногенез. Формы и распространенность в природе. Половой диморфизм.

Обязательный партеногенез является измененной формой полового

размножения в эволюции некоторых видов животных. У пчел, например, он

используется как механизм генотипического определения пола: женские особи

(рабочие пчелы и царицы) развиваются из оплодотворенных яйцеклеток, а мужские

(трутни) — партеногенетически. Партеногенез включен в жизненные циклы многих

паразитов. Он обеспечивает рост численности особей в условиях, затрудняющих

встречу партнеров противоположного пола. Имеются указания на возможность

девственного развития у человека. В яичниках девушек, погибших при случайных

обстоятельствах, в отсутствие предшествующего осеменения находили зародыши на

ранних этапах дробления. Невозможность завершенного партеногенеза у людей в

настоящее время доказана и связана с необходимостью наличия обоих геномов,

мужского и женского . Наблюдения завершенного эмбриогенеза с партеногенетическим развитием в отношении человека отсутствуют. При партеногенезе, как и при типичном половом размножении, развиваются особи с диплоидными соматическими клетками. Восстановление диплоидного набора хромосом происходит обычно путем слияния ооцита и редукционного тельца во втором делении мейоза.

а) гаплоидный- формируется гаплоидная яйцеклетка . Из неё образуется гаплоидный организм.(пчелы) Это обеспечивает формирование половых различий.

б) диплоидный- В результате изменения процесса мейоза образуется диплоидне яйцеклетки. Образуются только самки. (Дафнии , тли, скалистая ящерица)

Гиногенез (Источником формирования нового организма является яйцеклетка, однако для развития яйцеклетки необходимо прониклновение в неё сперматозоида , при этом ядра клеток не сливаются, т.е. оплодотворения не происходит. Пример: серебристый карась, байкальская конопянка.

)Андрогенез (В природе встречаются очень редко-шелкопряд, кукуруза. Чащенаблюдается в эксперименте. Ядро в яйцеклетке погибает или спец. удаляется . Новый организм развивается за счет генетического материала сперматозоида. Это позволяет оценить влияние мужского и женского генома на развитие организма.

Педогенез – это размножение на личиночной стадии. В теле личинки (спороциста) имеются зародышевые клетки, которые образуются из неоплодотворенных яйцеклеток. Из этих клеток образуюттся новые личинки- редии. Это является приспособлением к паразитическому образу жизни. Пример сосальщики.

Полово́й диморфи́зм— анатомические различия между самцами и самками одного и того же биологического вида, не считая половых органов. Половой диморфизм может проявляться в различных физических признаках.

Наличие в природе полового диморфизма вообще отражает различия в задачах, решаемых в процессе полового размножения мужской и женской особью. Пол- это совокупность признаков и свойств организма, обеспечивающих воспроизводство потомства и передачу наследственной информациии следующему поколению с помощью гамет. У человека с появлением культуры половой диморфизм стал проявляться и в разделении труда, или вернее экологических функций в популяции (добывание пищи, рождение и воспитание потомства, приготовление пищи, постройка жилья и так далее). В силу биологических особенностей мужчина был более приобщен к поддержанию эколого-экономического благополучия семьи и общины. Женщине достался примат воспроизводства популяции, отсюда её ведущая роль в биологическом существовании человека. Лишь в последнее время возникли тенденции стирания социальных (но не биологических) различий между мужчиной и женщиной.

На организменном уровне половой диморфизм проявляется в половых признаках. Выделяют первичные половые признаки(морфологические особенности организма, которые обеспечивают образование гамет и их соединение при оплодотворении) и вторичные(признаки и свойства организма, которые прямо не связаны с гаметогенезом и оплодотворением, но играют определенную роль в половом размножении. Они формируются под влиянием половых гормонов). К первичным половым признакам относят внутренние половые органы (половые железы (семенники и яичники) вместе с проводящими путями (семяпроводы и яйцепроводы), маткой) и внешние половые органы. Формирование половых морфологических и функциональных половых признаков определяется наличием в кариотипе данной особи в 23 паре хромосом X - или У-хромосомы. Особи, имеющие кариотип ХУ, развиваются по мужскому типу и у них формируются мужские половые признаки. Особи, имеющие кариотип XX, развиваются по женскому типу.

Считается, что половые признаки начинают формироваться на 7 неделе с момента оплодотворения, когда под воздействием генов У-хромосомы ранее не дифференцированная гонада начинает превращаться в яичко. Роль гормонов в этом процессе пока не известна. На 9 неделе в яичке появляются клетки Лейдига, которые с 10 недели начинают продуцировать мужской половой гормон тестостерон. Под действием этого гормона ранее недифференцированные наружные половые органы превращаются в пенис и мошонку.

У женщин дифференцировка яичника и наружных половых органов происходит, по-видимому, не столь бурно. В отсутствие У-хромосомы на 7 неделе ничего не происходит, а на 8 неделе гонада превращается в яичник. Формирование наружных половых органов по женскому типу происходит примерно на 12 неделе, очевидно, без участия гормонов.

К вторичным половым признакам относятся :развитие молочных желез, характер оволосения(по мужскому типу-рост волос на лице, рост волос на лобке в виде треугольника вершиной вверх; по женскому типу- отсутствует рост волос на лице , рост волос на лобке в виде треугольника вершиной вниз). В течение многих поколений соотношение мужского и женского пола принято 1:1, значит формирование пола зависит от наследственной информации.

9. Предмет, задачи и методы генетики. Этапы развития генетики. Роль отечественных ученых (Н.И. Вавилов, Н.К. Кольцов, А.С. Серебровский, С.С. Четвериков, С.Н. Давиденков, Н.И. Тимофеев-Ресовский и др.) в развитии генетики.

Генетика—наука, изучающая наследственность и изменчивость, а также закономерности передачи наследственных признаков от поколения к поколению.

Родоначальником генетики считают австрийского ученого- монаха Грегора Менделя. Применил гибридологический метод, результатом проведенных исследований явилось открытие закономерностей наследования.

Методы исследования: гибридологический анализ — система скрещиваний, которая позволяет проследить в ряду поколений закономерности наследования и изменения признаков. Цитологический, близнецовый, онтогенетический (проявление действия генов в онтогенезе) и другие. Широко применяются математическая статистика и анализ.

Современная генетика включает в себя несколько дисциплин:

Цитогенетика занимается изучением материальных основ наследственности.

Онтогенетика исследует действие генов и их проявления в ходе индивидуального развития организма.

Биохимическая генетика концентрирует свое внимание на механизмах передачи различных типов метаболических процессов в ряду поколений. Ее частью является иммуногенетика, которая изучает наследственную обусловленность иммунных свойств тканей и органов.

Медицинская генетика занимается проблемами, как ранняя диагностика наследственных заболеваний, методы предупреждения их развития и т.п.

Селекция связана с выведением новых пород животных и сортов растений с нужными человеку свойствами.

С.Н. ДАВИДЕНКОВ: основоположник отечественной нейрогенетики. Первым сформулировал принцип генетической гетерогенности и доказал неоднородность многих клинических форм.

Подчеркивая необходимость создания классификации наследственных болезней нервной системы, С.Н. Давиденков указывал, что ее основу должны составлять прежде всего генетические закономерности, а не клинические проявления. Его книги "Проблемы полиморфизма наследственных болезней нервной системы" и "Эволюционно-генетические проблемы в невропатологии", монография "Наследственные болезни нервной системы" и четыре выпуска "Клинических лекций по нервным болезням" стали неоценимым руководством для врачей и для медицинских генетиков. В 1920 г. С.Н. Давиденковым была создана первая медико-генетическая консультация в Москве, а в 1934 г. - в Ленинграде.

С.Н. Давиденков определил классификационный перечень заболеваний, в возникновении которых имеет значение наследственный фактор. Им представлены конкретные научные опорные пункты, на которые нужно ориентироваться при проведении медико-генетического консультирования. В работах по эпилепсии была доказана генетическая обусловленность ряда форм этой болезни. В 1952 г. по инициативе С.Н. Давиденкова была организована доцентура по детской невропатологии (ныне - кафедра детской невропатологии и нейрохирургии СПбМАПО). Клиника превратилась в ведущий научно-методический центр страны в области нейрогенетики и нервно-мышечных заболеваний. Благодаря усилиям С.Н. Давиденкова, в институте еще в 1935 г. была открыта специальная доцентура по генетике, а в 1958 г.в Ленинграде была создана лаборатория медицинской генетики АМН СССР. Клиника была одной из первых в стране, в стенах которой разрабатывались стереотаксические операции с внутримозговым введением лекарственных веществ.

Серебровский А.С. : С 1923 г. А.С.Серебровский начал читать курс лекций по генетическому анализу в Московском зоотехническом институте, а затем стал преподавать и в Московском университете. Именно в те годы А.С.Серебровским были выполнены основополагающие работы по генетике животных, разработаны принципы геногеографии, сформулированы представления о генофонде. А.С. Серебровский первым в России ввел дрозофилу в качестве модельного объекта для изучения мутационного процесса и сложного строения генов. Эти исследования послужили основой создания современной теории гена. Серебровский был не только блестящим ученым, но и замечательным преподавателем. Он разработал целостную систему генетического образования, которая сохранила свое значение до настоящего времени и направлена на внедрение генетического мышления среди биологов всех специальностей.

Кольцов Н.К.: Первая публикация Кольцова в новом направлении: «О формоопределяющих эластических образованиях в клетках» (1903 г.), была выполнена на спермиях десятиногих рачков Inachus scorpio. Он развил это направление на разных объектах в большом, выходившем несколькими частями, труде «Исследования о форме клеток» (1905–1929 гг.). Эта работа включала морфологическое, физиологическое и биофизическое направления.

Кольцов первым осознал и четко выразил, что бесконечное разнообразие биол. форм имеет в основе ограниченный набор макромолекул. Он годами шел к мысли о матричном воспроизведении насл. молекул, понимал, что насл. структуры устойчивы и линейны.

В его лекциях 1903 г. уже была предугадана схема перекреста хромосом с последующим обменом генов – то, что впоследствии было названо кроссинговером и вошло в учебники как важнейшая закономерность передачи генетической информации. Матричная гипотеза, экспериментальный мутагенез и генетика популяций – таков классический, главный вклад в биологию Кольцова и его учеников.

«Мысль, не уступающая дарвиновской», была выдвинута и опытно доказана Кольцовым, с годами признана повсеместно и во многом определила лицо биологии ХХ в.

С.С. Четвериков: Четвериков с детства коллекционировал бабочек и со временем стал одним из ведущих лепидоптерологов России. Еще учась в университете, он участвует в фаунистических экспедициях (от Кольского полуострова до Средней Азии), открывает и описывает несколько видов и подвидов бабочек.  В1909 Четвериков начал читать общую энтомологию на Московских высших женских курсах. В 1919Н. К. Кольцов приглашает его в МГУ, где Четвериков читает ряд курсов: энтомологии (до 1925), теоретической систематики (с 1925 — биометрии) и первый в МГУ курс генетики (с 1925). Фундаментальный вклад Четверикова в биологию составляют, прежде всего, исследования в области теории эволюций и генетики популяций.

В 1905 он, еще будучи студентом, ввел в популяционную биологию концепцию «волн жизни», описывающую внезапное массовое появление, а затем уменьшение численности определенных видов. Эти колебания численности меняют границы ареалов видов, концентрацию различных мутаций и генотипов в популяции. Волны жизни считаются одним из элементарных эволюционных факторов.

В работе «Основной фактор эволюции насекомых» (1915) Четвериков приходит к выводу, что хитин (как эволюционное новшество) и образованный на его основе наружный скелет позволили насекомым пойти по пути миниатюризации размеров и занять все возможные ниши на Земле. В результате насекомые смогли «завоевать себе совершенно самостоятельное место среди других наземных животных и не только завоевать его, но размножиться в бесконечном разнообразии форм и тем приобрести громадное значение в общем круговороте природы». В 1926 Четвериков публикует основополагающую статью «О некоторых моментах эволюционного процесса с точки зрения генетики», которая наряду с работами Р. Э. Фишера и Дж. Б. С. Холдейна (Великобритнаия) и С. Райта (США), положила начало новой дисциплине — генетике популяций — и, главное, определила направление экспериментальных исследований в этой области. Четвериков показал совместимость принципов генетики с теорией естественного отбора, заложил основы эволюционной генетики.

Вавилов Н.И:В 1920-е сформулировал закон гомологических рядов в наследственной изменчивости, сыгравший огромную роль в развитии биологии и сельскохозяйственных наук.

Тимофеев-Ресовский Н.В. : В середине 30-х годов была сформулирована теория, описывающая кинетические зависимости ни активирующего и мутагенного эффекта ионизирующих излучений - так называемая "теория мишени". Важнейшие эксперименты, ставшие основой этой теории, были проведены в период 1931 - 1937 гг. несколькими исследователями, среди которых был и Николай Владимирович Тимофеев-Ресовский, ставший одним из основателей количественной биофизики ионизирующих излучений.

Тимофеев-Ресовский развивал идеи Н. Кольцова, предполагавшего, что молекулярные наследственные структуры образуются посредством матричного синтеза. Он вел исследования по биофизическому анализу мутационного процесса, впоследствии приведшие к формированию молекулярной биологии как новой синтетической дисциплины. Тимофеев-Ресовский показал, что мутационные изменения затрагивают относительно ограниченную группу атомов в хромосоме. Это открытие впервые переводило мутационный процесс на молекулярный уровень понимания.

Также Николай Владимирович считается одним из основоположников радиобиологии. Ему удалось установить, как влияет доза излучения на интенсивность мутационного процесса. Он обнаружил явление радиостимуляции малыми дозами и провел анализ первичных пусковых механизмов возникновения мутаций под влиянием излучений.

Этот исследователь первым указал на то, что помимо прямых последствий воздействия ионизирующего излучения (т. е. злокачественных новообразований, ожогов, лучевой болезни) существует серьезная опасность возникновения вредных мутаций и накопления их в популяциях.

Одной из важнейших составных частей количественной теории мутационного процесса стали исследования русского ученого по вероятностям возникновения прямых и обратных мутаций.

В 1934 году Тимофеев-Ресовский провел ряд блестящих экспериментов, впервые показавших, что сочетание нескольких рецессивных мутаций, каждая из которых порознь снижает жизнеспособность, может привести к повышению жизнеспособности особей — носителей этих комбинаций. Данные исследования позволили в полной мере понять эволюционное значение явлений рецессивности и доминантности.

Совместно с М. Дельбрюком (впоследствии лауреатом Нобелевской премии) Николай Владимирович Тимофеев-Ресовский провел работы по моделированию структуры генов. В тот же период в соавторстве с физиком Р. Ромпе он открыл и описал «принцип усилителя» в биологии, ставший одним из общих важнейших принципов современной теоретической биологии. Согласно этому принципу, единичное изменение способно изменить свойства целой особи и привести в действие силы, на несколько порядков большие по затрачиваемой энергии.