Лекции_по_генетике_для_собаководов. Курс лекций по генетике для собаководов л. А. Пасечник вступление
 Скачать 1.12 Mb.
|
|
1 КУРС ЛЕКЦИЙ ПО ГЕНЕТИКЕ ДЛЯ СОБАКОВОДОВ Л.А. Пасечник ВСТУПЛЕНИЕ Пожалуй, излишне будет говорить о том, насколько нужна и важна для современных собаководов специальная литература по генетике и селекции. Разведением собак занимаются миллионы людей во всем мире и абсолютное большинство их не имеют ни специального, ни профильного образования, собаководство является для них увлечением, хобби. Но если увлечение перерастает в профессию, и не только в том смысле, что становится источником получения основного дохода, а когда человек стремится стать профессионалом, мастером своего дела, грамотным специалистом, то без методической и обучающей литературы ему никак не обойтись. Что касается ветеринарии, дрессировки, содержания, методов ведения племенной работы и множества других, важных и нужных для всякого кинолога вещей, то нет никаких препятствий для получения нужной информации - фундаментальных трудов имеется достаточное количество, было бы желание все это изучать. А вот литературы по генетике, написанной специально для собаководов, то есть с учетом того, что основная аудитория имеет нулевой базовый уровень знаний, на сегодняшний день в природе просто не существует. Нет, есть, конечно, книги, статьи, где мелькает слово "генетика", и там даже даются так называемые основы - десяток основных терминов, "ген - участок ДНК...", да законы Менделя. Все то, что и так хорошо известно всем из школьного курса биологии. К чему это приводит? Всякий любознательный кинолог, желающий ликвидировать свою неграмотность в данной науке, перечитав десяток таких трудов, начинает думать, что это собственно и все чем располагает наука генетика, и ничего другого там больше нет. Но так как в своей работе кинологам постоянно приходится сталкиваться с непонятным характером наследования многих признаков, никак не желающих вписываться в предложенную Менделем схему, то человек начинает искать ответы на эти вопросы у специалистов. И что же он слышит в ответ? Пространные рассуждения о сложном полигенном характере наследования, об отсутствии четкой предопределенности в наследовании, а лишь о каких-то вероятностях и т.д., и т.п. Понятно, что реноме генетики как науки сразу же падает в глазах вопрошающего и обычная реакция бывает в стиле: да что же это у вас - куда ни кинься, везде что-то непонятно и неопределенно, стоит ли вообще тратить силы и время на разборки с этой вашей генетикой, если никакой пользы от нее собаководам нет? Стоит! И польза есть, нужно только правильно подойти к изучению генетики. Увы, школьный курс введения в генетику, дублируемый в кинологической литературе, выписан таким "удивительным" образом, что он не, сколько объясняет, столько сбивает с толку и запутывает, в результате чего формируется совершенно искаженное представление о влиянии генома на организм. Но эту стену безграмотности и безразличия нужно пробивать, просто стыдно в 21 веке жить в мире дремучих иллюзий вековой давности. Да и нужно как-то разбираться с результатами практических исследований генома собак, которые в последнее время ведутся довольно-таки активно, чтобы грамотно использовать их в своей работе. Потому и возникла такая идея - написать цикл лекций и попробовать объяснить физический смысл генетики, как это все работает, почему и для чего это было задумано. Попытаюсь писать не только простым, понятным языком, без злоупотреблений специальной терминологией (а где без этого не обойтись, тут же объясняя значение термина), но еще и интересно, легко и весело. А почему бы и нет? Учитывая специфику кинологической аудитории и сложность темы, только таким образом можно заставить прочитать этот курс лекций как можно большее количество народу. А еще практика показывает, что когда учеба проходит весело, с юмором, то и материал легче воспринимается, и запоминается лучше. Начнем. 2 ЛЕКЦИЯ №1 ЦИТОЛОГИЯ Так уж сложилось исторически, что народонаселение как минимум одной шестой части суши, а, возможно, и всей нашей планеты очень не любит изучать строение живой клетки. Трудно сказать, чем это клетка так всем не угодила. Может быть, виновен в этом все тот же школьный курс биологии (просто не могу отказать себе в удовольствии еще раз попинать методику преподавания в школе), который прививает детям устойчивую аллергию к цитологии - науке о строении клетки. Может быть вынесенный оттуда же, из школы, горький опыт, подсказывающий, что столько времени было потрачено на изучение примитивных амеб и К о , а толку-то? Чем эти знания помогли в жизни вообще и в разведении собак в частности? Да ничем! А может быть виной тому наше подспудное желание откреститься от простоватого и непрезентабельного родственника? И как чванливый Сирко мы смотрим свысока на одноклеточное и презрительно цедим: «Вы, Секлета Филипповна, что-то одно, а мы – что-то другое». А вот и не другое! И мы сами, и предмет нашего интереса - собака, состоим из точно таких же клеток, разница лишь в том, что многоклеточный организм является содружеством большой группы клеток, объединившихся для лучшего выживания в окружающей среде. Коллектив, толпа, армия - всегда сильнее одиночки и способны осуществлять более масштабные проекты, но по отдельности каждый из толпы не лучше, не сильнее и не умнее одиночки. Поэтому, для того, чтобы понять устройство многоклеточного организма, для начала нужно изучить устройство его структурной единицы. Без этого не стоит даже примеряться к генетике, так что хотите вы того или не хотите, а от цитологии отвертеться не выйдет. Но вначале, для затравки, я расскажу одну интересную историю из жизни одноклеточных. Приблизительно 3,8 млрд. лет тому назад на нашей планете появилась жизнь. Уж каким образом она возникла, обсуждать не будем, все равно никто этого не знает, но факт возникновения, как говорится, налицо. Только-только на поверхности остывающего огненного шарика образовалась твердая корочка, только-только на поверхности этой корочки стали конденсироваться первые лужицы и на тебе – шустрые бактерии уже заселились и вовсю хозяйничают в первобытном водоеме! Эти первые одноклеточные были устроены довольно-таки примитивно, у них даже ядра не было, и свернутая колечком цепочка ДНК прикреплялась прямо к внутренней стенке оболочки. Потому и имя эти бактерии получили соответствующее – прокариоты, что означает – доядерные, еще не имеющие ядра. Развлечения у прокариотов тоже были достаточно однообразны, в свободное, а также и в рабочее время занимались они тем, что вдыхали углекислый газ СО 2 , которого в те времена в атмосфере было более чем достаточно, пили водичку Н 2 О и, используя энергию солнца, отщепляли от газа углерод, а от воды водород. А далее – соединяли атомы С и Н разнообразными способами, получая в результате россыпь оригинальных органических соединений под названием углеводороды. Отходы, то бишь кислород, просто выбрасывали вон из клетки в окружающую среду. Наверное, многие уже не вспомнят, как называется этот процесс, а это банальный фотосинтез, то чем по сей день занимаются растения на нашей планете. Общее название всех организмов, осуществляющих синтез органики буквально из воздуха – аутотрофы, то есть питающие себя сами. К чему могли привести подобные игры бактерий понятно – атмосфера должна была постепенно насыщаться кислородом, которого до того в воздухе нашей планеты практически не было. А вот и нет! Никакого существенного увеличения концентрации кислорода не наблюдалось в течение последующих 2 млрд. лет. Возможно, вы подумаете, что этих первых бактерий просто было маловато для того, чтобы в прямом смысле вдохнуть жизнь в атмосферу? Опять, нет! Та самая «лужица» на самом деле была первичным океаном, покрывавшим большую часть поверхности планеты, так что общее количество биомассы было существенным. Куда же девался кислород? 3 Оказывается, весь он использовался для окисления металлов. Совсем не задолго, по геологическим меркам, до рассматриваемых событий, Земля представляла собой расплавленный жидкий шар. Состав расплава можно узнать, заглянув в периодическую систему химических элементов Менделеева – все это богатство, начиная от легких газов и заканчивая тяжелыми трансурановыми элементами, кипело и бурлило в первородном горниле. Но как только шарик стал слегка остывать, то под воздействием сил гравитации тяжелые металлы постепенно погружались к центру планеты, формируя ее железное ядро, а легкие элементы и их соединения, например - силикаты (песок и камни) поднимались вверх, образуя Земную кору. Так бы и ушли практически все металлы на недосягаемые глубины, но благодаря бурной сейсмической активности совсем еще юной планеты, выбросы из недр происходили очень часто, и весь произведенный бактериями кислород соединялся с атомами металлов, образуя руды этих самых металлов. Легкие, как песок, руды уже не пытались утонуть, а задерживались на поверхности. И только когда работа по накоплению запасов полезных ископаемых была выполнена, кора упрочена, а извержения вулканов стали не таким уж частым событием, наконец-то вырабатываемый бактериями кислород стал накапливаться в атмосфере. И сразу же ситуация на Земле стала меняться с невероятной скоростью - живая материя как будто очнулась от сладкой дремы, нашелся кто-то кто выбросил лозунг «Эволюция!» - и понеслось! А что же до того, неужели на протяжении всех этих 2 миллиардов лет эволюция не происходила? Представьте себе, нет! Ну, может быть, совсем немножко и, так сказать, вширь, создавая лишь аналогичные виды бактерий, но, даже не помышляя о том, чтобы начать строительство вертикальной эволюционной лестницы. И ладно бы, не появились за этот период (а это, между прочим, более половины всего времени существования жизни) многоклеточные организмы, но ведь практически не было гетеротрофов! Гетеротрофы – те, кто питаются уже готовой органикой и это наиболее выгодный и удобный способ питания – съел своего соседа и у тебя есть свободное время, чтобы заняться чем-то гораздо более интересным, чем фотосинтез. Можно списать это на исключительное миролюбие и благородство наших далеких предков, а потом удивляться и сокрушаться: как от таких пацифистов могло произойти то, что произошло. Но вот ведь еще в чем дело – редуцентов тоже почти не было! Редуценты разрушают остатки мёртвых организмов до простых неорганических соединений, возвращая в окружающую среду вещества необходимые для жизни этих же организмов. Отсутствие редуцентов выглядит более чем странным, даже с учетом того, что дефицита углерода и водорода не было. Зачем тратить столько сил на создание новой органики, если буквально под ногами валяются уже готовые соединения? Можно было бы обвинить прокариотов в бесхозяйственности и бестолковости, мол, что с этих примитивных взять, если бы мы не знали, что как только наступит час Х, одноклеточные прокариоты-аутотрофы как по мановению волшебной палочки создадут и хищных гетеротрофов, и могильщиков редуцентов, и имеющих клеточное ядро эукариотов, да еще все это как в одноклеточном, так и в многоклеточном вариантах, в общем, все нынешнее разнообразие живой материи. Но вернемся к первому периоду жизни одноклеточных – на протяжении 2 млрд. лет бактерии, завершившие свой жизненный цикл, откладывались слой за слоем, тонна за тонной и под влиянием времени, давления, температуры эти массы органики постепенно превращались в залежи графита, серы, нефти, газа, горючих сланцев. Не появись прокариоты на Земле в нужное время, не проделай они такую героическую работу по накоплению природных ресурсов, могла ли далее жизнь на планете развиваться и эволюционировать? Почему бы и нет! Возможно, даже до стадии разумных людей добрались бы. Но вот дальнейшая эволюция – эволюция разума, возникновение цивилизации без металлов и энергетиков были бы категорически невозможны. Человечество так и осталось бы навсегда в каменном веке. Чистая случайность ли это и нам просто так повезло с нашими предками- бактериями? Решайте сами. Итак, клетка – основа основ, строительный кирпичик для многоклеточных, но и сама по себе может быть самостоятельным отдельным организмом. Ничего живого меньше и проще 4 одноклеточных в природе не существует, поэтому мы с полным правом можем называть клетку единицей жизни. И хотя клетки разных биологических видов отличаются и внешним видом и внутренним содержанием, но соблюден некий общий принцип в их устройстве, который позволяет понять, что перед нами именно клетка. Рисунок 1 У всякой клетки (рис. 1.) есть оболочка – мембрана, тонкая пленка, ограничивающая тело клетки в пространстве. Внутри клетка заполнена жидкостью – цитоплазмой. Это самая обычная вода, в которой растворены неорганические и органические вещества. Концентрация этих веществ настолько велика, что вода густеет, превращаясь в плазму, отсюда и название – цито-плазма (по латыниклетка называется cytos). Еще в клетке расположены различные твердые включения, так называемые органоиды или органеллы. Это отдельные крупные молекулы белков и сложные их соединения, молекулярные комплексы. Вот, собственно, и все. Действительно – простейшее. Кажется, даже велосипед устроен сложнее, чем клетка. Можно взять полиэтиленовый пакет, налить в него воды, насыпать соли, сахару, соды, накидать всякого мусора – и вот вам действующая модель клетки. «Действующая», да не действующая! Такая модель - простой бурдючок с мертвым мусором, хоть тряси его, хоть подогревай, хоть электрический ток через него пропускай, таковым он и останется. А если вы заглянете в окуляр микроскопа, то увидите, что внутри настоящей клетки жизнь кипит и бьет ключом, там настоящий маленький Мир, маленькая Вселенная. Если мы присмотримся внимательнее к действиям органоидов в клетке и проведем соответствующие аналогии, то можно сказать, что там есть армия и полиция, таможня и транспорт, врачи, ученые, строители, инженеры, да кого там только нет! Все как у нас. Вернее, у нас как у них, ибо законы организации живой материи заложены там, на самом начальном уровне, а мы лишь повторяем их на более высоком качественном уровне. Закономерно возникает вопрос, по какой такой причине мы считаем единицей жизни целую клетку, если ее внутренние структуры не просто ведут себя как живые, но порой даже кажется, что как разумные? Все дело в том, что если этого живчика вытащить из клетки, пусть даже поместив в питательную среду, то окажется что никакой он и не живой. Это самая обычная молекула (или куча молекул) - химическое соединение нескольких тысяч атомов из 5 класса органических соединений. Как музыкальная шкатулка – заведешь ее, и музыка играет, и фигурки двигаются и танцуют как живые, а выломай одну из куколок и все... Разница между мертвой шкатулкой и живой клеткой в том, что клетку как завели около 4 млрд. лет тому назад, так завод до сих пор и не кончается. И второе: мы, т.е. человечество, летающее в космос, расщепляющее атом, создающее сложные компьютеры с искусственным интеллектом, не только не можем создать хотя бы одну живую клетку, но мы даже не понимаем до конца - как и почему она работает. Как вообще получилось, что собранное в одну кучу неживое вдруг ожило? И почему этот процесс "самовозникновения" жизни больше не повторяется – живая материя как возникла однажды в какой-то момент, так далее только усложняется и развивается. И хотя загадок в устройстве клетки остается еще много, но также многое уже известно. Далее мы рассмотрим строение клетки, но это будет не какое-то абстрактное одноклеточное, а животная клетка многоклеточного организма, из которых и «построены» собаки. Митохондрии - это наши хорошие знакомые, примитивные бактерии прокариоты. В те самые бурные времена, когда атмосфера на нашей планете стала резко меняться, оказалось, что древние бактерии просто не могут существовать в такой насыщенной кислородом среде. Кислород оказался для них самым настоящим ядом. То ли прокариота сама проникла внутрь эукариотической клетки, то ли была коварно проглочена одним из первых одноклеточных хищников, но хитрая бактерия не растерялась и молвила голосом человеческим: «Не ешь меня, Иван-царевич! Я тебе пригожусь». Иван к счастью оказался таки царевичем, а не дураком, и оставил митохондрию при себе. И уж пригодилась она, так пригодилась. Митохондрии стали энергетическими станциями клеток, так как их основная функция - синтез аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ) - универсального источника энергии, супертоплива, необходимого для осуществления процессов жизнедеятельности в клетке и во всем организме. АТФ образуется при «сжигании» глюкозы в присутствии кислорода. Поэтому низкий уровень глюкозы в крови (гипогликемия) приводит к недостаточному производству АТФ. Легкая степень гипогликемии, когда происходит незначительное снижение уровня глюкозы, отмечается слабостью, головокружением, учащенным сердцебиением, неустойчивым настроением и чувством «волчьего» голода. Все поклонники жестких диет, особенно безуглеводных, знакомы с этим состоянием. При дальнейшем падении уровня глюкозы: нарушение зрения, потеря сознания, судороги, кома, смерть. Но уморить живое существо, лишив его глюкозы не так то просто, организм имеет ее запасы, а, в крайнем случае, сможет синтезировать из белков или жиров. Гораздо эффективнее можно остановить синтез АТФ в организме, лишив его кислорода. В этом случае смерть наступит через несколько минут. То, что всякое высшее животное погибает без доступа кислорода знают все, но вот то, что главной причиной смерти при гипоксии является именно остановка синтеза АТФ вряд ли известно многим. Но есть еще более быстрый способ прекратить производство АТФ. Во внутренней мембране митохондрии расположен фермент с поэтическим названием цитохромоксидаза. Цитохромоксидаза перекачивает протоны с одной стороны внутренней митохондриальной мембраны на другую и тем самым создает протонный градиент, который дает энергию для производства АТФ. И есть вещество с совсем не поэтическим названием – цианистый калий, которое мгновенно подавляет цитохромоксидазу. Если какой-то несознательный организм примет внутрь этот яд, то смерть наступит мгновенно и причина этой смерти опять-таки будет остановка производства АТФ. Как двигатель мгновенно заглохнет, если слить топливо из бака, как электрический прибор отключится, если выдернуть из розетки шнур питания, так и биороботы под названием - живые существа немедленно погибнут, если лишить их биотоплива – АТФ. Получается, что не только возникновение и эволюция живой материи, но даже и нынешнее ее существование целиком и полностью зависит от «примитивных» крошек. Не было ли слишком опрометчиво со стороны эукариотической клетки передать такую жизненно важную функцию совсем постороннему организму? А вдруг однажды все прокариоты 6 заявят: «Как же вы все нам надоели! Уходим мы от вас». И уйдут. И в то же мгновение вся высшая жизнь на планете закончится. Конечно, это все шутки, но, как и во всякой шутке, есть тут и доля правды. Эукариота не так уж беспечна и доверчива, она взяла в залог у прокариоты часть генов из ее ДНК (у митохондрий по сей день имеется собственный геном) и перенесла их в ядерные хромосомы. Так что никуда теперь митохондрия не сбежит, хотя еще вопрос – хочет ли она бежать? Как знать, может эукариотическая клетка всего лишь защитная оболочка, которую прокариота сама создала вокруг себя. Стоит также упомянуть и о ДНК митохондрий. Это небольшое кольцо, содержащее лишь несколько десятков генов, оказалось хранилищем поистине бесценной информации. Сравнивая мДНК разных видов можно проследить путь эволюции за все миллиарды лет существования жизни на нашей планете – кто, когда и от кого произошел (хромосомные гены из-за постоянных рекомбинаций подобной информации не содержат). Исследования митохондриальной ДНК проводятся и у собак, что позволило подтвердить происхождение собак от диких волков. И даже определить время и географическое место появления первой собаки – район реки Янцзы около 16тыс. лет назад. Более подробные исследования позволят определить точную историю возникновения и развития каждой из пород. |