GENETYKA A EWOLUCJA

GENETYKA A EWOLUCJA

Istniej± cztery główne etapy rozszerzenia naszej wiedzy na temat genetyki: koncepcja A. Weismanna niezależno¶ci komórek szlaku płcowego i somy, ustalenie praw dziedziczenia przez G. Mendla, chromosomowa teoria dziedziczenia T. H. Morgana oraz rozwój genetyki molekularnej zapocz±tkowany w 1953 roku odkryciem struktury DNA przez Watsona i Cricka. Pierwsze trzy zostan± pokrótce przedstawione w tej czę¶ci, z pozostałym można się zapoznać przegl±daj±c inne strony WWW serwisu Biologia Molekularna w Internecie.

A. Weismann twierdził, że od momentu zapłodnienia jaja zaczynaj± się dwa niezależne procesy podziału komórkowego. jeden z nich prowadzi do dorosłego osobnika, czyli somy za¶ drugi, stanowi±cy szlak płciowy prowadzi do komórek rozrodczych (plemników i jaj). Soma jest ¶miertelna, natomiast komórki szlaku płciowego s± potencjalnie nie¶miertelne. Zakładaj±c, że Weismann miał racje, należy możliwo¶ć dziedziczenia cech nabytych (głoszon± przez Lamarcka, a ukrytego pod okre¶leniem używania i nieużywania przez Darwina) odrzucić. Pod tym względem jego twierdzenie było słuszne. Spostrzeżenie Weismanna było nowatorskie, ponieważ po raz pierwszy zauważono, że dziedziczenie polega na przekazywaniu kolejnym pokoleniom, nie energii czy materii, lecz informacji, dlatego też jego idee maj± fundamentalne znaczenie dla rozumienia ewolucji. Nadal jednak nie wiadomo było jaki charakter miała przekazywana informacja.

Pierwszy krok na drodze do poznania mechanizmów dziedziczenia postawił G. Mendel. Jego osi±gnięciem było wykazanie jednostek dziedziczno¶ci, które zgodnie z okre¶lonymi regułami s± przekazywane za po¶rednictwem gamet z pokolenia na pokolenie. Mendel krzyżował ze sob± różne odmiany grochu, ro¶liny o łatwych do wyróżnienia cechach (barwa kwiatu, barwa i kształt nasion). Stwierdził, że przyczyn± zróżnicowania odmian była obecno¶ć czynników dziedzicznych, które obecnie nazywamy genami. Ustalił, że dla każdej cechy, osobnik otrzymuje dwa geny, po jednym od każdego z rodziców. Kiedy osobnik wytwarza komórkę rozrodcz± , jeden z dwóch genów, wybrany losowo, jest przekazany do tej komórki, a w ten sposób i potomstwu. Zwieńczeniem badań Mendla było sformułowanie dwóch praw: prawa czysto¶ci gamet (I prawo Mendla) i prawo niezależnej segregacji (II prawo Mendla)

I prawo Mendla: Każda cecha jest determinowana przez dwa geny. Geny determinuj±ce jedn± cechę okre¶lana jest terminem allele
II prawo Mendla: Geny warunkuj±ce różne cechy segreguj± niezależnie od siebie i jest kwesti± przypadku, który allel z pary warunkuj±cej jedn± cechę znajdzie się w gamecie z jednym b±dĽ drugim allelem z pary alleli warunkuj±cej drug± cechę

Prace Mendla stały się racjonalnymi podstawami genetyki, nauki o dziedziczno¶ci. PóĽniejszy rozwój dziedziny stał się, po odkryciu dokonań Mendla, dużo bardziej dynamiczny. T. Morgan wraz ze współpracownikami, badaj±c muszkę owocówkę Drosophila Melanogaster , okrył, że pewne cechy nie dziedzicz± się w sposób mendlowski (zgodny z prawami Mendla). II prawo Mendla nie było zachowywane dla cech determinowanych przez geny zlokalizowane na tym samym chromosomie (geny sprzężone). Nie podlegały one segregacji niezależnie jedna od drugiej. Konsekwencj± badań Morgana, było stwierdzenie, że geny s± ułożone na chromosomach liniowo i że geny leż±ce blisko siebie na chromosomie nie musz± być przekazywane razem.

Decyduj±cym krokiem w badaniach genetycznych było odkrycie chemicznej struktury genów, czyli przedstawienie modelu DNA przez Watsona i Cricka. (odno¶nik). Ustalenie dokładnej struktury materiału genetycznego pozwoliło zrozumieć mechanizm jego replikacji (odno¶nik). Dało podstawy teoretyczne dla dalszych odkryć, które doprowadziły do ustalenia centralnego dogmatu biologii molekularnej , czyli uniwersalnych zasad kodowania i realizowania informacji genetycznej (schemat).

Powyższy schemat obrazuje w jaki sposób może być przekazywana informacja genetyczna. Najczęstsze sposoby przekazywania informacji przedstawione s± ciemnymi strzałkami, rzadsze strzałkami jasnymi. Warto zauważyć, że brakuj±ce strzałki odpowiadaj± dowolnemu przekazywaniu informacji od białka. Zatem genetyczny mechanizm dekoduj±cy jest nieodwracalny. Centralny dogmat dostarcza molekularnego wyja¶nienia braku możliwo¶ci dziedziczenia cech nabytych. Jeżeli darwinowski rezultat używania i nieużywania prowadzi do zmiany białka w ciele, to taka zmiana nie może być przekazana potomstwu, bo dziedziczone jest jedynie DNA.

Przed ostatecznym przedstawieniem nowoczesnej teorii ewolucji, zdefiniować należy jeszcze trzy terminy, pojęcia: genotypu, fenotypu oraz mutacji. W genetyce genotypem nazywa się skład genetyczny organizmu, za¶ fenotypem realizację genotypu tegoż osobnika. Nie zawsze zapis genetyczny jest przekazywany potomstwu ze stuprocentow± dokładno¶ci±. Najczę¶ciej podczas kopiowania (replikacji) materiału genetycznego mog± pojawiać się błędy zwane mutacjami. Owe mutacje na poziomie genotypu mog± objawiać się zmienno¶ci± fenotypow±.

Teraz już można podsumować współczesne, tzw. neodarwnowskie, pojmowanie ewolucji. Organizmy różni± się między sob± czę¶ciowo z powodu zmiennego oddziaływania ¶rodowiska, a czę¶ciowo z powodu różnic pomiędzy genami w zapłodnionych jajach, z których się rozwinęły. Dziedziczone s± jedynie różnice genetyczne. Przemiany ewolucyjne pojawiaj± się ponieważ niektóre różnice na poziomie genów (genotypowe), wpływaj± na dostosowanie fenotypu pod względem przeżywania i reprodukcji. O przeżyciu najlepszych fenotypów decyduje dobór naturalny. Zatem ewolucja polega w głównej mierze, na zmianie proporcji genotypów w populacji.

KAROL DARWIN

ROZWÓJ WSPÓŁCZESNYCH BADAŃ NAD EWOLUCJˇ