I det moderne videnskabelige samfund er der adskillige teorier om metoden til transmission af information fra forældre til efterkommere: fra bølge til futuristisk type supermindgrupper. Det faktum, at det er DNA-molekyler, der er det materielle grundlag for organismenes kontinuitet, forårsager ikke tvister. Formålet med denne artikel er at forstå, hvordan der er dannet bevis i det videnskabelige samfund om DNA's genetiske rolle, og hvad de er.
Lidt teori for ikke-biologer
For at forstå emnet og selve essensen af beviset for DNA's rolle i arvelighed husker vi kun nogle generelle begreber og udtryk, der er brugt i teksten. Molekylærbiologer og andre professionelle biologer kan muligvis ikke læse denne del - begreber er givet i en forenklet version for den interesserede del af læserne. Selvom den moderne specialisering i biologi i dag er vokset så meget, at en professionel miljøforkæmper ikke altid vil bryde igennem for at forstå essensen af evolutionære mekanismer, og detaljerne i udviklingen af et frøembryo ikke forstås entydigt af botanikere. Så dette er betingelserne:
- DNA (deoxyribonucleic acid) og RNA (ribonucleic acid) er lange og store molekyler bestående af monomerer - nukleotider.
- DNA og RNA kaldes nukleinsyrer.
- DNA og RNA dannes af kun fire nukleotider (tre identiske, en forskellig i DNA og RNA) - nukleotider er universelle for alle levende ting på planeten. Dette er komplekse organiske forbindelser fra en nitrogenholdig base, en kulhydratrest og phosphorsyre. De kaldes adein, guanin, thymin og cytosin (uracil).
- Nukleotider danner tripletter - de koder for en aminosyre ud af tyve.
- Tripletter danner kæder i sammensætningen af nukleinsyrer, der svarer til en kæde af aminosyrer eller et specifikt protein. Proteiner er grundlaget for livet på planeten, de er specifikke og unikke.
- Et gen er et stykke nukleinsyre, der er ansvarlig for et protein.
- Genom - totaliteten af alt det genetiske materiale i kroppen.
Lidt historie
Den schweiziske biolog F. Miescher i 1869 så kæder i kernerne i pusceller (leukocytter), som han kaldte nucleinsyrer.
Tyske A. Kassel som biokemiker beregnet deres sammensætning: sukker, fosforsyre og fem sorter nitrogenholdige baser. Han beviste i 1891, at der er to nukleinsyrer - DNA og RNA. I perioden fra disse opdagelser indtil 1953 blev der udført undersøgelser af den kemiske sammensætning og strukturelle organisering af nukleinsyrer. Berømte efternavne til denne periode er F. Leuven, A. Todd, E. Chargaff. Eksperimenterne begyndt af F. Griffith (1928) og fortsat af O. Avery, C. MacLeod og M. McCarthy (1944) leverede bevis for DNA's rolle i overførslen af genetisk information, mere om det senere. I 1953 foreslog amerikanerne J. Watson og F. Crick en model af DNA-strukturen i form af en dobbelt snoet helix, som endda var kendt af en skoledreng. Det var det, molekylærbiologi blev født!
Fra protein til DNA
På dette tidspunkt virket nukleinsyrer som underligt materiale i en cellekerne. Til hvad disse formationer er nødvendige, vidste de ikke, og endnu mindre ledte de ikke efter bevis for nukleinsyrers genetiske rolle. Proteiner bestående af aminosyrer og med en mere kompleks kemisk struktur er allerede blevet opdaget. Det var proteiner, der blev betragtet som bærere af arvelig information.
Det materiale, der bærer arvelig information, var det første, der tvivlede på den engelske bakteriolog F. Griffith i 1928. Og selvom han ikke kunne give overbevisende bevis for DNA's genetiske rolle, fortjener hans eksperimenter opmærksomhed.
Griffith pneumokokkestammer
Frederick Griffith, en bakteriolog fra England, inficerede mus med Pneutnococcus pneumoniae-vira, som forårsagede lungebetændelse i dem, og dyrene døde. Pneumokokker findes i to former - smitsom (virulent) og ikke-infektiøs (avirulent). Disse former er lette at skelne mellem. Virulent pneumococcus har en mucopolysaccharidkapsel, der beskytter cellen. Avirulente kapsler har ikke og kan ikke forsvare sig mod musens immunceller, derfor udvikler mus ikke lungebetændelse. Den tids postulat: opvarmet virulent pneumococcus bliver avirulent. En biolog inficerer mus med en blanding af en opvarmet virulent stamme og levende avirulent (kapselfri). Musene er ved at dø. I deres kroppe opdager videnskabsmanden levende pneumokokker med en kapselskal. Griffiths konklusion: fra døde virulente pneumokokker til levende, men kapselfrie former, overføres noget (et "transformerende middel"), der "omdanner" avirulente former til virulente former med en fast attribut som arvelig (pneumokokker formerer sig hurtigt: dem, som han fandt i lig mus - den hundrede generation af den første). Og da vira ikke har noget i strukturen undtagen nukleinsyrer (DNA og RNA), er det faktisk F. Griffith, der ejer det første bevis på DNA og RNAs genetiske rolle, skønt han kaldte dem ”transformerende middel”. Husk, at dette skete i 1928.
Eksperimentelt bevis for DNA's rolle i informationsoverførsel
Næsten den samme ting, som Griffith gjorde, kun uden fattige mus, blev udført i 1944 af O. T. Avery, K. M. MacLeod og M. McCarthy. Ved Rockefeller Institute for Medical Research i New York opnåede de in vitro (in vitro) et rent Griffith-transformerende middel fra dræbte virulente former og blandede det igen in vitro med avirulente former. Modtagne indkapslede patogener. Og så studerede vi sammensætningen af det samme middel. Først beviste de, at det ikke var protein, og at det i sig selv allerede var en innovation. Nå, så kom de til den konklusion, at dette middel er nukleinsyre. Disse amerikanske eksperimenter er direkte bevis for DNA's genetiske rolle i transmission af arvelig information. Men ikke de eneste, som videnskaben betragter klassikere.
Det andet af det klassiske bevis for DNA's genetiske rolle
Den første, vi allerede har beskrevet - det er eksperimenterne med Avery - MacLeod - M. McCarthy.
Klassikere af biologi - yderligere to eksperimenter som direkte bevis for DNA's genetiske rolle. Beskrivelsen er reduceret til det punkt.
Den amerikanske genetiker Alfred Hershey modtog Nobelprisen (1969) for disse eksperimenter. En interessant række eksperimenter af Hershey og Martha Chase, udført i 1952 på University of Washington i St. Louis med bakterier og bakteriofager mærket med radioaktivt fosfor og svovl. Deres fund om, at det er bakteriofag-DNA, der trænger igennem bakterier og giver anledning til nye bakteriofager, er et klassisk bevis på DNA's genetiske rolle.
Tredje oplevelse
Den tysk-amerikanske biokemiker Heinz Ludwig Frenkel-Konrat modtog Laskerprisen (1958) for sin forskning. På University of California i 1957 gennemførte han eksperimenter med tobaksmosaikvirus. Deres ordning ligner Griffith-dem. Hans præstation er, at han beviste RNA's deltagelse i transmission af arvelig information.
Interessant moderne bevis
Moderne molekylærbiologi og genetik giver os konstant nye bevis for DNA's genetiske rolle. Nogle meget interessante, uventede og imponerende fakta fra studier af moderne videnskab, der på en eller anden måde beviser DNA's rolle i dannelsen af en organisme, er beskrevet nedenfor.
I 2007 var forskerne i stand til at isolere en del af DNA fra amfibier, der er ansvarlig for dannelsen af øjet. I dag er der allerede salamandere med øjne på fødderne og halen.
I gede-genomet har forskere implanteret edderkopgenet, der er ansvarligt for webproteinet, som et resultat af, at dette protein optrådte i gedeemælken. Efter særlig forarbejdning og ekstraktion af protein fra mælk dannes edderkoppesilke.
Hollænderne opdrætter køer med det humane gen, der var ansvarlig for et specifikt mælkeprotein hos kvinder - lactoferrin. Dette protein spiller en vigtig rolle i spædbørns primære immunitet. Test af komælk fortsætter, men udsigterne til brug i medicin er imponerende.
Som supplement til smågrisembrygenet med det fluorescerende vandmændproteingen har kinesiske forskere dyrket to grønne lysgrise.
I 2008 spredte verden nyheden om fødslen af et barn med et kunstigt modificeret genom. Dette skete i London, hvor en kvinde accepterede et eksperiment på grund af de opdagede genetiske abnormiteter i embryoets genom.
Der findes menneskelige kimærer. I en DNA-test for faderskab fra 2002 viste en test, at amerikanske Lydia Fairchild ikke er mor til hendes ufødte barn. Undersøgelser gentages, men analyse viste de samme resultater. Det viste sig, at Lydias krop udviklede sig fra to æg, befrugtet af forskellige sædceller og fusionerede i de tidlige stadier af ontogenese. Derfor består hendes krop af væv og celler med et andet sæt kromosomer.
Alle ved om DNA-test for faderskab eller i retspraksis. Men DNA-test bruges også til at verificere produkter for ægthed. For eksempel kan du indstille et samlingssted for kaviar eller druer til fin vin.
Der er 4 familier i verden, hvis medlemmer ikke har fingeraftryk. Adermatoglyphy er forårsaget af en sjælden mutation af et enkelt gen.
Vekslingen af søvn og vågenhed hos mennesker styrer hDEC2-genet; dets mutation reducerer behovet for søvn til 4 timer.
Cryogenetics har været en succes med kloning af en mus, der er frosset i 16 år. Videnskabsfolk har ikke lært at genoplive "polfarerne", men du kan klone dem.
Og lidt om det mest unikke molekyle
- 10 milliarder kilometer fra jord til Pluto og vice versa - dette er længden af menneskeligt DNA, hvis de nedbrydes.
- Det er muligt at udskrive hele det menneskelige genom med en hastighed på 8 tegn pr. Sekund, der arbejder 8 timer om dagen i 50 år.
- Al information i verden, der er gemt i digitalt format, kan passe i to gram DNA.
- På den "udødelige" harddisk, der er gemt på rumstationen, i tilfælde af en katastrofe, placeres DNA fra berømte mennesker, herunder Stephen Hawking og Lance Armstrong,.
- I hver celle i vores krop gennemgår hvert DNA-molekyle forskellige skader omkring en million gange om dagen. Vi lever dog stadig - åh, et mirakel!
For at opsummere
På trods af succeserne med molekylærbiologi og vores viden om DNA kender menneskeheden endnu ikke svarene på mange spørgsmål. Hvem ved, hvilke opdagelser der venter os i fremtiden, vil menneskeheden slippe af med arvelige sygdomme og bliver aldring besejret ...