ในชุมชนวิทยาศาสตร์สมัยใหม่มีหลายทฤษฎีเกี่ยวกับวิธีการส่งข้อมูลจากผู้ปกครองไปสู่ลูกหลาน: จากคลื่นไปสู่ประเภทของอนาคตของกลุ่ม supermind อย่างไรก็ตามความจริงที่ว่ามันเป็นโมเลกุลของดีเอ็นเอที่เป็นพื้นฐานสำคัญสำหรับความต่อเนื่องของสิ่งมีชีวิตไม่ก่อให้เกิดการโต้เถียง ทำความเข้าใจถึงหลักฐานที่เกิดขึ้นในชุมชนวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับบทบาททางพันธุกรรมของ DNA และสิ่งที่พวกเขาคือจุดประสงค์ของบทความนี้
ทฤษฎีเล็กน้อยสำหรับนักชีววิทยาที่ไม่ใช่
เพื่อให้เข้าใจถึงเรื่องและสาระสำคัญของการพิสูจน์บทบาทของ DNA ในการถ่ายทอดทางพันธุกรรมเราจำได้เพียงแนวคิดและคำศัพท์ทั่วไปที่ใช้ในเนื้อหา นักชีววิทยาโมเลกุลและนักชีววิทยามืออาชีพอื่น ๆ อาจไม่ได้อ่านส่วนนี้ - แนวความคิดได้รับการปรับปรุงให้ง่ายขึ้นสำหรับผู้อ่านที่สนใจ แม้ว่าความเชี่ยวชาญสมัยใหม่ทางชีววิทยาในปัจจุบันได้เติบโตขึ้นอย่างมากจนนักสิ่งแวดล้อมมืออาชีพจะไม่เข้าใจถึงความสำคัญของกลไกวิวัฒนาการและการพัฒนาของตัวอ่อนกบยังไม่เข้าใจโดยนักพฤกษศาสตร์ ดังนั้นนี่คือเงื่อนไข:
- DNA (deoxyribonucleic acid) และ RNA (กรด ribonucleic) เป็นโมเลกุลที่มีขนาดใหญ่และยาวประกอบด้วยโมโนเมอร์ - นิวคลีโอไทด์
- DNA และ RNA เรียกว่ากรดนิวคลีอิก
- DNA และ RNA นั้นเกิดจากนิวคลีโอไทด์เพียงสี่ตัว (สามตัวที่เหมือนกันซึ่งแตกต่างกันใน DNA และ RNA) - นิวคลีโอไทด์นั้นเป็นสากลสำหรับสิ่งมีชีวิตทุกชนิดในโลก เหล่านี้เป็นสารประกอบอินทรีย์ที่ซับซ้อนจากฐานไนโตรเจนเศษคาร์โบไฮเดรตและกรดฟอสฟอริก พวกเขาเรียกว่า adein, guanine, thymine และ cytosine (uracil)
- นิวคลีโอไทด์ก่อตัวเป็นสามเท่า - พวกมันเข้ารหัสกรดอะมิโนหนึ่งตัวจากยี่สิบตัว
- Triplets ก่อตัวเป็นโซ่ในองค์ประกอบของกรดนิวคลีอิกซึ่งสอดคล้องกับสายโซ่ของกรดอะมิโนหรือโปรตีนหนึ่งชนิด โปรตีนเป็นพื้นฐานของสิ่งมีชีวิตบนโลกพวกมันมีความจำเพาะและไม่เหมือนใคร
- ยีนเป็นชิ้นส่วนของกรดนิวคลีอิกที่รับผิดชอบโปรตีนหนึ่งตัว
- จีโนม - จำนวนทั้งสิ้นของสารพันธุกรรมทั้งหมดของร่างกาย
ประวัติเล็กน้อย
นักชีววิทยาชาวสวิสเอฟ Miescher 2412 เห็นโซ่ในนิวเคลียสของเซลล์หนอง (เม็ดโลหิตขาว) ซึ่งเขาเรียกว่ากรดนิวคลีอิก
German A. Kassel ในฐานะนักชีวเคมีคำนวณองค์ประกอบของพวกเขา: น้ำตาล, กรดฟอสฟอริกและฐานไนโตรเจนห้าพันธุ์ เขาในปี 1891 พิสูจน์ว่ามีกรดนิวคลีอิกสองชนิดคือ DNA และ RNA ในช่วงจากการค้นพบเหล่านี้จนถึงปี 1953 มีการศึกษาเกี่ยวกับองค์ประกอบทางเคมีและการจัดโครงสร้างของกรดนิวคลีอิก นามสกุลที่มีชื่อเสียงในยุคนี้คือ F. Leuven, A. Todd, E. Chargaff การทดลองเริ่มต้นโดย F. Griffith (1928) และดำเนินการต่อโดย O. Avery, C. MacLeod และ M. McCarthy (1944) เป็นหลักฐานแสดงถึงบทบาทของ DNA ในการถ่ายโอนข้อมูลทางพันธุกรรม 2496 ในอเมริกันเจวัตสันและเอฟ. Crick เสนอรูปแบบของโครงสร้างดีเอ็นเอในรูปแบบของเกลียวคู่บิดซึ่งเป็นที่รู้จักกันในหมู่เด็กนักเรียน นั่นคือชีววิทยาโมเลกุลเกิด!
จากโปรตีนสู่ DNA
เมื่อถึงเวลานั้นกรดนิวคลีอิกดูเหมือนจะเป็นวัสดุแปลก ๆ ในนิวเคลียสของเซลล์ สำหรับสิ่งที่ต้องการก่อตัวเหล่านี้พวกเขาไม่รู้และแม้แต่น้อยก็ไม่ได้มองหาหลักฐานของบทบาททางพันธุกรรมของกรดนิวคลีอิก โปรตีนที่ประกอบด้วยกรดอะมิโนและมีโครงสร้างทางเคมีที่ซับซ้อนมากขึ้นได้ถูกค้นพบแล้ว มันเป็นโปรตีนที่ถูกพิจารณาว่าเป็นพาหะของข้อมูลทางพันธุกรรม
วัสดุที่นำข้อมูลทางพันธุกรรมเป็นคนแรกที่สงสัยแบคทีเรียอังกฤษกริฟฟิ ธ ในปี 2471 และถึงแม้ว่าเขาจะไม่สามารถให้หลักฐานที่น่าเชื่อถือเกี่ยวกับบทบาททางพันธุกรรมของ DNA การทดลองของเขาก็ควรได้รับความสนใจ
สายพันธุ์ปอดบวมของ Griffith
เฟรดเดอริกกริฟฟิ ธ นักแบคทีเรียจากอังกฤษติดเชื้อไวรัส Pneutnococcus pneumoniae ซึ่งเป็นสาเหตุของโรคปอดบวมและสัตว์ก็ตาย Pneumococci มีอยู่สองรูปแบบคือติดเชื้อ (รุนแรง) และไม่ติดเชื้อ แบบฟอร์มเหล่านี้แยกแยะได้ง่าย Pneumococcus Virulent มีแคปซูล mucopolysaccharide ที่ช่วยปกป้องเซลล์ แคปซูลที่มีความชุ่มชื่นนั้นไม่มีและไม่สามารถป้องกันตนเองจากเซลล์ภูมิคุ้มกันของหนูได้ดังนั้นหนูจะไม่พัฒนาปอดบวม สัจพจน์ของเวลานั้น: ปอดอักเสบจากความร้อนที่รุนแรงจะกลายเป็นความโลภ นักชีววิทยาติดเชื้อหนูด้วยส่วนผสมของเชื้อไวรัสที่ให้ความร้อนและความสด (ปราศจากแคปซูล) หนูกำลังจะตาย ในร่างกายของพวกเขานักวิทยาศาสตร์ค้นพบ pneumococci แบบสดๆด้วยเปลือกแคปซูล บทสรุปของ Griffith: จาก pneumococci ที่ตายแล้วไปสู่การมีชีวิต แต่รูปแบบที่ปราศจากแคปซูลมีบางสิ่งถูกส่งผ่าน (“ ตัวแทนการเปลี่ยนแปลง”) ที่“ เปลี่ยน” รูปแบบที่น่าชื่นชอบให้กลายเป็นคนที่มีลักษณะดุเดือด หนู - รุ่นที่ร้อยของรุ่นแรก) และเนื่องจากไวรัสไม่มีสิ่งใดในโครงสร้างยกเว้นกรดนิวคลีอิก (DNA และ RNA) จึงเป็นจริงแล้ว F. Griffith ผู้เป็นเจ้าของหลักฐานแรกของบทบาททางพันธุกรรมของ DNA และ RNA แม้ว่าเขาจะเรียกพวกเขาว่า จำได้ว่าสิ่งนี้เกิดขึ้นในปี 2471
หลักฐานเชิงทดลองสำหรับบทบาทของ DNA ในการถ่ายโอนข้อมูล
เกือบจะเหมือนกับสิ่งที่ Griffith เคยทำโดยหนูที่น่าสงสารเท่านั้นโดยทำในปี 1944 โดย O. T. Avery, K. M. MacLeod และ M. McCarthy ที่ Rockefeller Institute เพื่อการวิจัยทางการแพทย์ในนิวยอร์กพวกเขาได้รับในหลอดแก้ว (ในหลอดทดลอง) ตัวแทนการแปลงร่างบริสุทธิ์ของ Griffith จากรูปแบบที่ดุร้ายที่ถูกฆ่าตายและผสมเข้าด้วยกันอีกครั้งในหลอดทดลอง ได้รับเชื้อโรคห่อหุ้ม จากนั้นเราศึกษาองค์ประกอบของสารตัวเดียวกันนี้ ตอนแรกพวกเขาพิสูจน์ว่ามันไม่ใช่โปรตีนและในตัวมันเองก็เป็นนวัตกรรม ทีนี้พวกเขาก็สรุปว่าสารนี้คือกรดนิวคลีอิก การทดลองอเมริกันเหล่านี้เป็นหลักฐานโดยตรงของบทบาททางพันธุกรรมของ DNA ในการถ่ายทอดข้อมูลทางพันธุกรรม แต่ไม่ใช่คนเดียวที่วิทยาศาสตร์พิจารณาคลาสสิก
หลักฐานดั้งเดิมที่สองสำหรับบทบาททางพันธุกรรมของ DNA
ครั้งแรกที่เราได้อธิบายไปแล้ว - นี่คือการทดลองของ Avery - MacLeod - M. McCarthy
คลาสสิกของชีววิทยา - อีกสองการทดลองเป็นหลักฐานโดยตรงของบทบาททางพันธุกรรมของดีเอ็นเอ คำอธิบายลดลงถึงจุด
นักพันธุศาสตร์ชาวอเมริกัน Alfred Hershey ได้รับรางวัลโนเบล (1969) จากการทดลองเหล่านี้ การทดลองที่น่าสนใจของเฮอร์ชีย์และมาร์ธาเชสซึ่งดำเนินการในปี 2495 ที่มหาวิทยาลัยวอชิงตันในเซนต์หลุยส์มีแบคทีเรียและแบคทีเรียที่ติดฉลากด้วยฟอสฟอรัสและกำมะถันกัมมันตรังสี การค้นพบของพวกเขาว่าเป็น DNA bacteriophage ที่แทรกซึมแบคทีเรียและก่อให้เกิด bacteriophages ใหม่เป็นหลักฐานคลาสสิกของบทบาททางพันธุกรรมของดีเอ็นเอ
ประสบการณ์ครั้งที่สาม
นักชีวเคมีชาวอเมริกัน - เยอรมัน Heinz Ludwig Frenkel-Konrat ได้รับรางวัล Lasker Prize (1958) จากการวิจัยของเขา ที่มหาวิทยาลัยแห่งแคลิฟอร์เนียในปี 1957 เขาได้ทำการทดลองกับไวรัสโมเสกยาสูบ แผนการของพวกเขาคล้ายกับที่ Griffith ความสำเร็จของเขาคือการพิสูจน์การมีส่วนร่วมของ RNA ในการถ่ายทอดข้อมูลทางพันธุกรรม
หลักฐานสมัยใหม่ที่น่าสนใจ
อณูชีววิทยาและพันธุศาสตร์สมัยใหม่ช่วยให้เรามีหลักฐานใหม่เกี่ยวกับบทบาททางพันธุกรรมของ DNA อย่างต่อเนื่อง ข้อเท็จจริงบางอย่างที่น่าสนใจไม่คาดฝันและน่าประทับใจจากการศึกษาวิทยาศาสตร์สมัยใหม่ซึ่งไม่ทางใดก็ทางหนึ่งพิสูจน์ให้เห็นถึงบทบาทของ DNA ในการก่อตัวของสิ่งมีชีวิต
ในปี 2550 นักวิทยาศาสตร์สามารถแยกส่วนของดีเอ็นเอของสัตว์ครึ่งบกครึ่งน้ำซึ่งมีหน้าที่ในการก่อตัวของดวงตา วันนี้มีซาลาแมนเดอร์ที่มีตาบนเท้าและหางของพวกเขา
ในจีโนมของแพะนักวิทยาศาสตร์ได้ปลูกฝังยีนสไปเดอร์ที่รับผิดชอบโปรตีนของเว็บเนื่องจากโปรตีนนี้ปรากฏในนมแพะ หลังจากกระบวนการพิเศษและการสกัดโปรตีนจากนมแล้วใยแมงมุมจะถูกสร้างขึ้น
ชาวดัตช์เลี้ยงวัวกับยีนมนุษย์ที่รับผิดชอบโปรตีนนมชนิดพิเศษของผู้หญิง - แลคโตเฟอริน โปรตีนนี้มีบทบาทสำคัญในการสร้างภูมิคุ้มกันหลักของทารก การทดสอบนมวัวยังคงดำเนินต่อไป แต่โอกาสในการใช้ยามีความประทับใจ
การเสริมยีนตัวอ่อนของลูกหมูด้วยยีนโปรตีนแมงกะพรุนเรืองแสงนักวิทยาศาสตร์ชาวจีนได้เพิ่มลูกสุกรไฟสีเขียวสองตัว
ในปี 2008 โลกได้แพร่กระจายข่าวการเกิดของเด็กที่มีจีโนมที่ดุ้งดิ้ง เรื่องนี้เกิดขึ้นในลอนดอนซึ่งผู้หญิงคนหนึ่งเห็นด้วยกับการทดลองเพราะความผิดปกติทางพันธุกรรมที่ค้นพบในจีโนมของตัวอ่อน
ความฝันของมนุษย์มีอยู่จริง ในการตรวจดีเอ็นเอพ่อปี 2545 การทดสอบแสดงให้เห็นว่า American Lydia Fairchild ไม่ใช่แม่ของลูกที่ยังไม่เกิด การศึกษาซ้ำ แต่การวิเคราะห์แสดงให้เห็นผลลัพธ์เดียวกัน ปรากฎว่าร่างของ Lydia พัฒนามาจากไข่สองตัวที่ปฏิสนธิโดยอสุจิที่แตกต่างกันและรวมตัวกันในระยะแรกของการสร้างเชื้อ ดังนั้นร่างกายของเธอจึงประกอบด้วยเนื้อเยื่อและเซลล์ที่มีโครโมโซมต่างกัน
ทุกคนรู้เกี่ยวกับการตรวจดีเอ็นเอเพื่อพ่อหรือในทางศาล แต่การทดสอบดีเอ็นเอก็ใช้ในการตรวจสอบผลิตภัณฑ์เพื่อความถูกต้อง ตัวอย่างเช่นคุณสามารถตั้งสถานที่รวบรวมคาเวียร์หรือองุ่นสำหรับไวน์ชั้นดี
มี 4 ครอบครัวในโลกที่สมาชิกไม่มีลายนิ้วมือ Adermatoglyphia เกิดจากการกลายพันธุ์ของยีนที่หายาก
การสลับกันของการนอนหลับและความตื่นตัวในมนุษย์ควบคุมยีน hDEC2 การกลายพันธุ์ของมันลดความต้องการในการนอนหลับถึง 4 ชั่วโมง
ไครโยจีเนติกส์ประสบความสำเร็จในการโคลนเมาส์ที่ถูกแช่แข็งเป็นเวลา 16 ปี นักวิทยาศาสตร์ไม่ได้เรียนรู้ที่จะชุบชีวิต "นักสำรวจขั้วโลก" แต่คุณสามารถโคลนพวกมันได้
และเพียงเล็กน้อยเกี่ยวกับโมเลกุลที่มีเอกลักษณ์ที่สุด
- 10 พันล้านกิโลเมตรจากโลกถึงพลูโตและในทางกลับกัน - นี่คือความยาวของ DNA ของมนุษย์ถ้าสลายตัว
- เป็นไปได้ที่จะพิมพ์จีโนมมนุษย์ทั้งหมดด้วยความเร็ว 8 ตัวอักษรต่อวินาทีทำงาน 8 ชั่วโมงต่อวันเป็นเวลา 50 ปี
- ข้อมูลทั้งหมดในโลกที่จัดเก็บในรูปแบบดิจิตอลสามารถบรรจุดีเอ็นเอได้สองกรัม
- บนฮาร์ดไดรฟ์ "อมตะ" เก็บไว้ที่สถานีอวกาศในกรณีที่เกิดภัยพิบัติ DNA ของผู้มีชื่อเสียงรวมถึง Stephen Hawking และ Lance Armstrong
- ในแต่ละเซลล์ของร่างกายโมเลกุล DNA แต่ละอันได้รับความเสียหายต่าง ๆ ประมาณล้านครั้งต่อวัน อย่างไรก็ตามเรายังมีชีวิตอยู่ - โอ้ปาฏิหาริย์!
เพื่อสรุป
แม้จะมีความสำเร็จของชีววิทยาโมเลกุลและความรู้เกี่ยวกับ DNA ของเรา แต่มนุษย์ยังไม่รู้คำตอบของคำถามมากมาย ใครจะรู้ว่าการค้นพบกำลังรอเราอยู่ในอนาคตใครจะกำจัดโรคทางพันธุกรรมและจะต้องพ่ายแพ้ต่อผู้สูงอายุ ...