Спецкурс "Математические модели в биологии"

Программа курса с подробным описанием.

bio_et.doc
Microsoft Word Document 354.5 KB

Размышления по поводу законов Менделя

В начале изучения закономерностей наследования ученик уже знает о хромосомах, кариотипе,… Но изучение самих закономерностей начинается с изучения работ Г. Менделя. С констатации фактов, которые пронаблюдал Мендель. Математический аппарат и сама методика работы Менделя, ход его рассуждений почти не анализируется.

 Для подготовки к изучению закономерностей наследования необходимо перед изучением митоза и мейоза проделать такое исследование:

 Какие выводы можно сделать из таких фактов:

  •  “Во всех соматических клетках многоклеточного организма содержится одинаковое количество хромосом”
  •  “При половом размножении происходит слияние двух половых клеток (отцовской и материнской) и у потомства наблюдаются сочетания признаков отца и матери”. 

Для начала давайте изобразим это фундаментальное свойство живой материи схематично.

Первые две фигурки - это родители. Каждая соматическая клетка человека имеет по 46 хромосом. Клетки  кожи, лейкоциты, клетки печени - все они имеют набор из 46 хромосом. При размножении у многоклеточного организма (и человека в том числе) образуются половые клетки - яйцеклетка у материнского организма и сперматозоиды у отцовского организма. При оплодотворении происходит слияние этих двух клеток и образуется зигота. После многократного деления (у человека около 50 делений) образуется взрослый организм. Замечено, что количество хромосом в соматических клетках не зависит от возраста организма, оно всегда постоянно (и видоспецифично). Следовательно, можно предположить, что на отрезке индивидуального развития от зиготы до взрослого организма существует такой механизм деления клеток, при котором поддерживается постоянство числа хромосом. Кроме поддержания числа хромосом этот механизм обеспечивает и качественный состав хромосомного набора соматических клеток - каждое следующее поколение клеток содержит хромосомный набор идентичный хромосомному набору материнской клетки (и качественно и количественно). Такой способ деления клеток получил название митотического и сам процесс деления  - митоза.

            Современная наука имеет достаточно убедительные подтверждения данной теории. Особенно хорошо предположение о постоянстве числа и качества хромосом в соматических клетках можно подтвердить наблюдением за опытами по клонированию растений (наиболее отработанная методика, используемая уже в промышленных масштабах). При клонировании растений из молодых клеток, которые можно взять из любого вегетативного органа, образуется целый организм, по своим характеристика мохожий на организм, выступивший в роли донора клеток. Технология клонирования растений хорошо показана в учебнике.

 

            Мы рассмотрели этап между зиготой и взрослым организмом. Осталось рассмотреть этап между взрослыми организмами и зиготой связанный с образованием половых клеток и оплодотворением. Если развитие организма может проходить перед нашими глазами, то образование половых клеток и оплодотворение недоступно прямому наблюдению без специального оборудования. Можно сделать некоторые предположения о процессах на основании косвенных сведений.

            Наблюдая за размножение мы уже знаем, что развитие начинается с оплодотворения (слияния двух половых клеток). То есть происходит слияние двух хромосомных наборов. В пользу того, что хромосомные наборы действительно сливаются. говорит то, что у потомков наблюдается проявление признаков отца и матери. Следует обратить внамание именно на эти два факта.

            Попробуем обсудить количество генетического материала в половых клетках. Исходя из наблюдения о видовом постоянстве количества хромосом в разных поколениях одного вида. (То есть у вас 46 хромосом в соматических клетках, у ваших родителей  - 46 хромосом, и у ваших детей будет по 46 хромосом) можно сделать вывод о том, что в зиготе после слияния яйцеклетки и сперматозоида должно быть 46 хромосом. Данное количество хромосом образовалось после слияния половых клеток, которые несли не 46 хромосом, а всего 23. (Иначе каждое следующие поколение имело бы удвоенное количество хромосом по сравнению с хромосомными наборами родителей). Можно предположить, что в половых клетках содержится половинное количество хромосом, и у образовавшейся зиготы хромосомы работают попарно.  Давайте рассмотрим данное утверждение.

            Первое предположение мы уже обосновали - половые клетки должны нести половинные наборы хромосом, иначе нарушалось бы постоянство хромосомных наборов.

На схеме видно поведение генетического материала в ряду поколений. Но прежде можно договориться о следующем:   количество хромосом в половых клетках обозначить буквой n (у человека n = 23),  следовательно, количество хромосом в соматических клетках будем обозначать 2n (у человека 46 хромосом или правильнее сказать 23 пары - в каждой паре одна хромосома отцовская, другая материнская).

Механизм образования половинного (гаплоидного набора) хромосом половых клеток уже достаточно подробно изучен, получил название мейотического деления или мейоза.

 

            При дальнейшем изучении таких  тем,  как  “Основы генетики”, “Основы селекции” вы получите подтверждения предположения о том, что хромосомный набор образован именно парами,  а не простой  смесью хромосом.

            Процессы митоза и мейоза во много схожи. Подробно рассмотрены в специальных главах.

            Митоз и мейоз обеспечивают:

            - постоянство хромосомного набора в ряду поколений многоклеточных организмов;

            - постоянство хромосомного набора в процессе индивидуального развития организма;

            - при оплодотворении могут возникать разные комбинации хромосом (и признаков у организмов одного поколения).

 

            Если попробовать такую постановку проблемы, то общая биология становится вполне понятным, связанным с практикой предметом.