Trong cộng đồng khoa học hiện đại, có một số lý thuyết về phương pháp truyền thông tin từ cha mẹ sang con cháu: từ làn sóng đến loại nhóm siêu nhân tương lai. Tuy nhiên, thực tế rằng chính các phân tử DNA là cơ sở vật chất cho sự liên tục của các sinh vật không gây ra tranh chấp. Hiểu làm thế nào bằng chứng đã được hình thành trong cộng đồng khoa học về vai trò di truyền của DNA và mục đích của bài viết này là gì.
Một chút lý thuyết cho các nhà sinh vật học
Để hiểu chủ đề và bản chất của bằng chứng về vai trò của DNA trong di truyền, chúng tôi chỉ nhớ lại một số khái niệm và thuật ngữ chung được sử dụng trong văn bản. Các nhà sinh học phân tử và các nhà sinh học chuyên nghiệp khác có thể không đọc phần này - các khái niệm được đưa ra trong một phiên bản đơn giản hóa cho phần độc giả quan tâm. Mặc dù chuyên ngành hiện đại về sinh học ngày nay đã phát triển đến mức một nhà môi trường chuyên nghiệp sẽ không phải lúc nào cũng đột phá để hiểu được bản chất của các cơ chế tiến hóa, và các chi tiết cụ thể về sự phát triển của phôi ếch không được các nhà thực vật học hiểu rõ. Vì vậy, đây là các điều khoản:
- DNA (deoxyribonucleic acid) và RNA (axit ribonucleic) là các phân tử dài và lớn bao gồm các monome - nucleotide.
- DNA và RNA được gọi là axit nucleic.
- DNA và RNA được hình thành chỉ bởi bốn nucleotide (ba giống hệt nhau, một khác nhau về DNA và RNA) - nucleotide là phổ quát cho tất cả các sinh vật sống trên hành tinh. Đây là những hợp chất hữu cơ phức tạp từ một cơ sở chứa nitơ, dư lượng carbohydrate và axit photphoric. Chúng được gọi là adein, guanine, thymine và cytosine (uracil).
- Các nucleotide tạo thành bộ ba - chúng mã hóa một axit amin trong số hai mươi.
- Bộ ba tạo thành chuỗi trong thành phần của axit nucleic, tương ứng với một chuỗi axit amin hoặc một protein cụ thể. Protein là nền tảng của sự sống trên hành tinh, chúng rất cụ thể và độc đáo.
- Một gen là một mẩu axit nucleic chịu trách nhiệm cho một protein.
- Bộ gen - tổng thể của tất cả các vật liệu di truyền của cơ thể.
Một chút lịch sử
Nhà sinh vật học người Thụy Sĩ F. Miescher năm 1869 đã thấy các chuỗi trong nhân của các tế bào mủ (bạch cầu), mà ông gọi là axit nucleic.
A. Kassel, một nhà hóa sinh người Đức đã tính toán thành phần của chúng: đường, axit photphoric và năm loại bazơ nitơ. Năm 1891, ông đã chứng minh rằng có hai axit nucleic - DNA và RNA. Trong giai đoạn từ những khám phá này cho đến năm 1953, các nghiên cứu đã được tiến hành về thành phần hóa học và tổ chức cấu trúc của axit nucleic. Tên họ nổi tiếng của thời kỳ này là F. Leuven, A. Todd, E. Chargeaff. Các thí nghiệm bắt đầu bởi F. Griffith (1928) và tiếp tục bởi O. Avery, C. MacLeod và M. McCarthy (1944), đã cung cấp bằng chứng về vai trò của DNA trong việc chuyển thông tin di truyền, sẽ được thảo luận chi tiết hơn sau. Năm 1953, người Mỹ J. Watson và F. Crick đã đề xuất một mô hình cấu trúc DNA dưới dạng một chuỗi xoắn kép, thậm chí còn được một học sinh biết đến. Thế là xong, sinh học phân tử đã ra đời!
Từ protein đến DNA
Vào thời điểm đó, axit nucleic dường như là vật liệu lạ trong nhân của một tế bào. Đối với những gì các thành tạo này là cần thiết, họ không biết, và thậm chí ít hơn không tìm kiếm bằng chứng về vai trò di truyền của axit nucleic. Protein bao gồm các axit amin và có cấu trúc hóa học phức tạp hơn đã được phát hiện. Đó là protein được coi là người mang thông tin di truyền.
Tài liệu mang thông tin di truyền là người đầu tiên nghi ngờ nhà vi khuẩn học người Anh F. Griffith vào năm 1928. Và mặc dù ông không thể cung cấp bằng chứng thuyết phục về vai trò di truyền của DNA, các thí nghiệm của ông đáng được chú ý.
Các chủng phế cầu khuẩn Griffith
Frederick Griffith, một nhà vi khuẩn học đến từ Anh, những con chuột bị nhiễm vi rút Pneutnococcus pneumoniae, gây ra bệnh viêm phổi ở chúng và những con vật đã chết. Pneumococci tồn tại ở hai dạng - truyền nhiễm (độc lực) và không nhiễm trùng (avirulent). Những hình thức này rất dễ phân biệt. Pneumococcus độc lực có một viên nang mucopolysacarit bảo vệ tế bào. Viên nang Avirulent không có và không thể tự bảo vệ chống lại các tế bào miễn dịch của chuột, do đó, chuột không bị viêm phổi. Các định đề của thời gian đó: phế cầu khuẩn độc lực nóng trở nên vô dụng. Một nhà sinh vật học lây nhiễm cho chuột bằng hỗn hợp của một chủng độc lực nóng và avirulent sống (không có viên nang). Những con chuột đang chết. Trong cơ thể của họ, nhà khoa học phát hiện ra phế cầu sống với vỏ nang. Kết luận của Griffithith: từ pneumococci độc lực đã chết sang dạng sống, nhưng dạng không có nang, một thứ gì đó được truyền đi (một tác nhân biến đổi con) mà chuột - thế hệ thứ 100 của người đầu tiên). Và vì virus không có cấu trúc gì ngoại trừ axit nucleic (DNA và RNA), nên thực sự F. Griffith là người sở hữu bằng chứng đầu tiên về vai trò di truyền của DNA và RNA, mặc dù ông gọi chúng là tác nhân biến đổi hình thái. Nhớ lại rằng điều này đã xảy ra vào năm 1928.
Bằng chứng thực nghiệm cho vai trò của DNA trong truyền thông tin
Gần như điều tương tự mà Griffith đã làm, chỉ khi không có những con chuột tội nghiệp, được thực hiện vào năm 1944 bởi O. T. Avery, K. M. MacLeod và M. McCarthy. Tại Viện nghiên cứu y khoa Rockefeller ở New York, họ đã thu được in vitro (in vitro) một tác nhân biến đổi thuần túy của Griffith từ các dạng độc lực bị giết và trộn lại, một lần nữa trong ống nghiệm, với các dạng avirulent. Nhận được mầm bệnh đóng gói. Và sau đó chúng tôi đã nghiên cứu thành phần của cùng một tác nhân. Lúc đầu, họ đã chứng minh rằng đó không phải là protein và bản thân nó đã là một sự đổi mới. Chà, sau đó họ đi đến kết luận rằng tác nhân này là axit nucleic. Những thí nghiệm của Mỹ là bằng chứng trực tiếp về vai trò di truyền của DNA trong việc truyền thông tin di truyền. Nhưng không phải là những người duy nhất mà khoa học coi là kinh điển.
Bằng chứng thứ hai về vai trò di truyền của DNA
Đầu tiên chúng tôi đã mô tả - đây là những thí nghiệm của Avery - MacLeod - M. McCarthy.
Kinh điển của sinh học - hai thí nghiệm nữa là bằng chứng trực tiếp về vai trò di truyền của DNA. Các mô tả được giảm đến điểm.
Nhà di truyền học người Mỹ Alfred Hershey đã nhận giải thưởng Nobel (1969) cho những thí nghiệm này. Một loạt các thí nghiệm thú vị của Hershey và Martha Chase, được thực hiện vào năm 1952 tại Đại học Washington ở St. Louis với vi khuẩn và vi khuẩn được dán nhãn phốt pho và lưu huỳnh. Phát hiện của họ rằng DNA vi khuẩn xâm nhập vào vi khuẩn và làm phát sinh vi khuẩn mới là một bằng chứng kinh điển về vai trò di truyền của DNA.
Kinh nghiệm thứ ba
Nhà hóa sinh người Mỹ gốc Đức Heinz Ludwig Frenkel-Konrat đã nhận được giải thưởng Lasker (1958) cho nghiên cứu của mình. Tại Đại học California năm 1957, ông đã tiến hành thí nghiệm với virus khảm thuốc lá. Sơ đồ của họ tương tự như những người Griffith. Thành tựu của ông là ông đã chứng minh được sự tham gia của RNA trong việc truyền thông tin di truyền.
Bằng chứng hiện đại thú vị
Sinh học phân tử và di truyền học hiện đại liên tục cung cấp cho chúng ta bằng chứng mới về vai trò di truyền của DNA. Một số sự thật rất thú vị, bất ngờ và ấn tượng từ các nghiên cứu về khoa học hiện đại, bằng cách này hay cách khác chứng minh vai trò của DNA trong sự hình thành của một sinh vật, được đưa ra dưới đây.
Năm 2007, các nhà khoa học đã có thể phân lập một phần DNA của động vật lưỡng cư, chịu trách nhiệm cho sự hình thành của mắt. Ngày nay đã có những con kỳ giông có mắt trên chân và đuôi của chúng.
Trong bộ gen của dê, các nhà khoa học đã cấy gen nhện chịu trách nhiệm về protein web, do kết quả của protein này xuất hiện trong sữa của dê. Sau khi chế biến đặc biệt và chiết xuất protein từ sữa, tơ nhện được hình thành.
Những con bò Hà Lan nuôi với gen người chịu trách nhiệm cho một loại protein sữa cụ thể của phụ nữ - lactoferrin. Protein này đóng một vai trò quan trọng trong khả năng miễn dịch chính của trẻ sơ sinh. Thử nghiệm sữa bò vẫn tiếp tục, nhưng triển vọng cho việc sử dụng nó trong y học là rất ấn tượng.
Bổ sung gen phôi lợn con bằng gen protein sứa huỳnh quang, các nhà khoa học Trung Quốc đã nuôi hai con lợn con màu xanh lá cây.
Năm 2008, thế giới lan truyền tin tức về sự ra đời của một đứa trẻ với bộ gen được sửa đổi nhân tạo. Điều này xảy ra ở London, nơi một người phụ nữ đồng ý cho một thí nghiệm vì những bất thường di truyền được phát hiện trong bộ gen của phôi.
Con người tồn tại. Trong xét nghiệm DNA năm 2002 về quan hệ cha con, một xét nghiệm cho thấy Lydia Fairchild người Mỹ không phải là mẹ của đứa con chưa sinh của cô. Các nghiên cứu lặp đi lặp lại, nhưng phân tích cho thấy kết quả tương tự. Hóa ra cơ thể của Lydia đã phát triển từ hai quả trứng, được thụ tinh bởi các tinh trùng khác nhau và được hợp nhất trong giai đoạn đầu của quá trình sinh sản. Do đó, cơ thể cô bao gồm các mô và tế bào với một bộ nhiễm sắc thể khác nhau.
Mọi người đều biết về xét nghiệm DNA cho quan hệ cha con hoặc trong thực tiễn tư pháp. Nhưng xét nghiệm DNA cũng được sử dụng để xác minh tính xác thực của sản phẩm. Ví dụ: bạn có thể đặt một nơi tập trung cho trứng cá muối hoặc nho cho rượu vang hảo hạng.
Có 4 gia đình trên thế giới có thành viên không có dấu vân tay. Adermatogly chế tạo bởi một đột biến hiếm của một gen.
Sự xen kẽ của giấc ngủ và sự tỉnh táo ở người kiểm soát gen hDEC2, đột biến của nó làm giảm nhu cầu ngủ xuống 4 giờ.
Cryogenetic đã thành công trong việc nhân bản một con chuột đã bị đóng băng trong 16 năm. Các nhà khoa học đã không học cách hồi sinh "nhà thám hiểm vùng cực", nhưng bạn có thể nhân bản chúng.
Và một chút về phân tử độc đáo nhất
- 10 tỷ km, từ trái đất đến Sao Diêm Vương và ngược lại - đây là chiều dài DNA của con người, nếu bị phân hủy.
- Có thể in toàn bộ bộ gen của con người với tốc độ 8 ký tự mỗi giây, làm việc 8 giờ mỗi ngày, trong 50 năm.
- Tất cả các thông tin trên thế giới được lưu trữ ở định dạng kỹ thuật số có thể phù hợp với hai gram DNA.
- Trên ổ cứng "bất tử" được lưu trữ tại trạm vũ trụ, trong trường hợp xảy ra thảm họa, DNA của những người nổi tiếng, bao gồm Stephen Hawking và Lance Armstrong, được đặt.
- Trong mỗi tế bào của cơ thể chúng ta, mỗi phân tử DNA trải qua những thiệt hại khác nhau khoảng một triệu lần một ngày. Tuy nhiên, chúng ta vẫn còn sống - oh, một phép màu!
Tóm tắt
Bất chấp những thành công của sinh học phân tử và kiến thức về DNA của chúng ta, nhân loại vẫn chưa biết câu trả lời cho nhiều câu hỏi. Ai biết được những khám phá đang chờ đợi chúng ta trong tương lai, loài người sẽ thoát khỏi các bệnh di truyền và lão hóa sẽ bị đánh bại ...