Наследственность - Википедия - Heredity

Эта статья о передаче признаков от родителей к потомкам. Для использования в других целях см. Наследственность (значения).
«Родословная» перенаправляется сюда. Для использования в других целях см. Родословная (значения).
«Наследственные» перенаправляются сюда. Чтобы посмотреть фильм ужасов 2018 года, см. Наследственный (фильм).
Не путать с Наследственность, статистика, оценивающая степень генетической изменчивости.
Часть серия на
Генетика
Гибридогенез в водных лягушках gametes.svg
 
Ключевые компоненты
История и темы
Исследование
Персонализированная медицина
Персонализированная медицина

Наследственность, также называемый наследование или же биологическая наследственность, это передача черты от родителей к их потомству; либо через бесполое размножение или же половое размножение, потомство клетки или же организмы приобрести генетическая информация своих родителей. Благодаря наследственности, различия между людьми могут накапливаться и вызывать разновидность к эволюционировать к естественный отбор. Изучение наследственности в биология является генетика.

Обзор

Наследственность фенотипических признаков: Отец и сын с выступающие уши и короны.
ДНК структура. Базы находятся в центре, окружены фосфатно-сахарными цепями в двойная спираль.

В людях, цвет глаз является примером унаследованной характеристики: человек может унаследовать «черту карих глаз» от одного из родителей.[1] Унаследованные черты контролируются гены и полный набор генов в организме геном называется его генотип.[2]

Полный набор наблюдаемых черт строения и поведения организма называется его. фенотип. Эти черты возникают из-за взаимодействия его генотипа с среда.[3] В результате многие аспекты фенотипа организма не передаются по наследству. Например, загорелый кожа возникает в результате взаимодействия генотипа человека и солнечного света;[4] таким образом, загар не передается детям людей. Однако некоторым людям легче загорать, чем другим, из-за различий в их генотипах:[5] Яркий пример - люди с наследственной чертой альбинизм, которые совсем не загорают и очень чувствительны к солнечный ожог.[6]

Известно, что наследственные черты передаются от поколения к поколению через ДНК, а молекула кодирует генетическую информацию.[2] ДНК - это длинный полимер который включает четыре типа базы, которые взаимозаменяемы. В Последовательность нуклеиновой кислоты (последовательность оснований в определенной молекуле ДНК) определяет генетическую информацию: это сравнимо с последовательностью букв, обозначающих отрывок текста.[7] Прежде, чем клетка разделится митоз, ДНК копируется, так что каждая из двух образовавшихся клеток унаследует последовательность ДНК. Часть молекулы ДНК, которая определяет одну функциональную единицу, называется ген; разные гены имеют разные последовательности оснований. В клетки длинные цепи ДНК образуют конденсированные структуры, называемые хромосомы. Организмы наследуют генетический материал от своих родителей в виде гомологичные хромосомы, содержащий уникальную комбинацию последовательностей ДНК, кодирующих гены. Конкретное расположение последовательности ДНК в хромосоме известно как локус. Если последовательность ДНК в определенном локусе у разных людей различается, разные формы этой последовательности называются аллели. Последовательности ДНК могут изменяться через мутации, производящие новые аллели. Если в гене происходит мутация, новый аллель может повлиять на признак, который контролирует ген, изменяя фенотип организма.[8]

Однако, хотя это простое соответствие между аллелем и признаком работает в некоторых случаях, большинство признаков являются более сложными и контролируются несколько взаимодействующих генов внутри и среди организмов.[9][10] Биологи развития предполагают, что сложные взаимодействия в генетических сетях и коммуникации между клетками могут привести к наследственным вариациям, которые могут лежать в основе некоторых механизмов пластичность развития и канализация.[11]

Недавние открытия подтвердили важные примеры наследственных изменений, которые нельзя объяснить прямым действием молекулы ДНК. Эти явления классифицируются как эпигенетический системы наследования, которые причинно или независимо развиваются по генам. Исследования способов и механизмов эпигенетического наследования все еще находятся в зачаточном состоянии, однако в последнее время эта область исследований привлекла много внимания, поскольку она расширяет сферу применения наследственность и эволюционная биология в целом.[12] Метилирование ДНК маркировка хроматин, самоокупаемость метаболические петли, подавление гена РНК-интерференция, а трехмерный конформация белков (таких как прионы ) являются областями, в которых были обнаружены эпигенетические системы наследования на уровне организма.[13][14] Наследственность также может проявляться в еще более крупных масштабах. Например, экологическая наследственность в процессе конструкция ниши определяется регулярной и повторяющейся деятельностью организмов в окружающей их среде. Это создает унаследованный эффект, который модифицируется и возвращается в режим выбора последующих поколений. Потомки наследуют гены и характеристики окружающей среды, порожденные экологическими действиями предков.[15] Другие примеры наследуемости в эволюции, которые не находятся под прямым контролем генов, включают наследование культурные особенности, групповая наследственность, и симбиогенез.[16][17][18] Эти примеры наследственности, которые действуют над геном, широко охвачены под названием многоуровневый или иерархический выбор, который был предметом интенсивных дискуссий в истории эволюционной науки.[17][19]

Отношение к теории эволюции

Смотрите также: Эволюция

Когда Чарльз Дарвин предложил свою теорию эволюция в 1859 г. одной из главных проблем было отсутствие механизма наследственности.[20] Дарвин верил в сочетание смешанного наследования и наследования приобретенного черты (пангенезис ). Смешанное наследование привело бы к однородности популяций всего за несколько поколений, а затем удалило бы изменчивость из популяции, на которую мог воздействовать естественный отбор.[21] Это привело к тому, что Дарвин принял некоторые идеи Ламарка в более поздних изданиях книги. О происхождении видов и его более поздние биологические работы.[22] Первичный подход Дарвина к наследственности состоял в том, чтобы обрисовать в общих чертах, как она работает (замечая, что черты, которые не были явно выражены у родителя во время воспроизводства, могут быть унаследованы, что определенные черты могут быть связанный с полом и т. д.), а не предлагать механизмы.

Первоначальная модель наследственности Дарвина была принята, а затем значительно изменена его кузеном. Фрэнсис Гальтон, заложившие основы биометрический школа наследственности.[23] Гальтон не нашел доказательств, подтверждающих аспекты модели пангенезиса Дарвина, основанной на приобретенных чертах.[24]

Было показано, что наследование приобретенных черт имеет мало оснований в 1880-х годах, когда Август Вейсманн отрежь хвосты от многих поколений мышей и обнаружили, что у их потомства продолжали развиваться хвосты.[25]

История

Модель наследования Аристотеля. Часть тепла / холода в значительной степени симметрична, хотя со стороны отца на нее влияют другие факторы; а вот формная часть - нет.

Ученые в Античность Были разные представления о наследственности: Теофраст предположил, что мужские цветы вызывают созревание женских цветов;[26] Гиппократ предположил, что «семена» производятся различными частями тела и передаются потомству во время зачатия;[27] и Аристотель думал, что мужская и женская жидкости смешались при зачатии.[28] Эсхил в 458 г. до н.э. предложила мужчину в качестве родителя, а женщину - «кормилицей молодой жизни, посеянной в ней».[29]

Древние представления о наследственности перешли к двум спорным доктринам в 18 веке. Доктрина эпигенеза и Доктрина преформации были двумя разными взглядами на понимание наследственности. Доктрина эпигенеза, созданная Аристотель, утверждал, что эмбрион постоянно развивается. Модификации родительских черт передаются эмбриону в течение его жизни. В основе этого учения лежала теория наследование приобретенных черт. В противовес Доктрине Преформации утверждалось, что «подобное порождает подобное», где зародыш эволюционирует, давая потомство, подобное родителям. Преформистская точка зрения полагала, что деторождение было актом раскрытия того, что было создано задолго до этого. Однако это было оспорено созданием Клеточная теория в 19 ​​веке, где фундаментальной единицей жизни является клетка, а не некоторые заранее сформированные части организма. Различные наследственные механизмы, в том числе смешанное наследование также были предусмотрены без должного тестирования или количественной оценки, и позже были оспорены. Тем не менее, люди смогли вывести домашние породы животных, а также сельскохозяйственные культуры путем искусственного отбора. Наследование приобретенных черт также было частью ранних ламаркистских представлений об эволюции.

В 18 веке голландский микроскопист Антони ван Левенгук (1632–1723) обнаружил «анималкулы» в сперме людей и других животных.[30] Некоторые ученые предположили, что видели «маленького человечка» (гомункул ) внутри каждого сперма. Эти ученые сформировали школу, известную как «спермисты». Они утверждали, что единственный вклад женщины в следующее поколение - это матка, в которой рос гомункул, и пренатальное влияние матки.[31] Противоположная школа мысли, овисты, считала, что будущий человек находится в яйцеклетке, а сперма просто стимулирует рост яйца. Овисты считали, что женщины несут яйца, содержащие мальчиков и девочек, и что пол потомства был определен задолго до зачатия.[32]

Грегор Мендель: отец генетики

Таблица, показывающая, как гены обмениваются в соответствии с сегрегацией или независимым ассортиментом во время мейоз и как это переводится в законы Менделя
Основная статья: Грегор Мендель
Смотрите также: Современный синтез (20 век)

Идею частичного наследования генов можно отнести к Моравский[33] монах Грегор Мендель который опубликовал свою работу о растениях гороха в 1865 году. Однако его работа не была широко известна и была открыта заново в 1901 году. Первоначально предполагалось, что Менделирующее наследование учитывались только большие (качественные) различия, такие как те, которые видел Мендель на его растениях гороха, - и идея аддитивного эффекта (количественных) генов не была реализована до тех пор, пока Р.А. Фишер (1918 г.) "Взаимоотношения родственников на основании менделевского наследования «Общий вклад Менделя дал ученым полезный обзор того, что признаки передаются по наследству. Его демонстрация растений гороха стала основой исследования менделевских признаков. Эти признаки можно проследить по одному локусу.[34]

Современное развитие генетики и наследственности

Основные статьи: История генетики и История эволюционной мысли

В 1930-х годах работы Фишера и других привели к объединению менделевской и биометрической школ в современный эволюционный синтез. Современный синтез устранил разрыв между генетиками-экспериментаторами и естествоиспытателями; и между обоими и палеонтологами, заявив, что:[35][36]

  1. Все эволюционные явления можно объяснить в соответствии с известными генетическими механизмами и данными наблюдений естествоиспытателей.
  2. Эволюция постепенная: небольшие генетические изменения, рекомбинация естественный отбор. Разрыв между видами (или другими таксонами) объясняется постепенным возникновением в результате географического разделения и исчезновения (а не сальтации).
  3. Выбор в подавляющем большинстве случаев является основным механизмом изменений; даже небольшие преимущества важны при продолжении. Объектом отбора является фенотип в окружающей его среде. Роль генетический дрейф двусмысленно; хотя изначально сильно поддерживался Добжанский, он был понижен в рейтинге позже, поскольку были получены результаты экологической генетики.
  4. Примат популяционного мышления: генетическое разнообразие, присущее естественным популяциям, является ключевым фактором эволюции. Сила естественного отбора в дикой природе была больше, чем ожидалось; влияние экологических факторов, таких как занятость ниши и значимость препятствий для потока генов, имеют большое значение.

Идея, что видообразование происходит после репродуктивной изоляции популяций.[37] У растений полиплоидия должна быть включена в любой вид видообразования. Такие формулировки, как «эволюция состоит в первую очередь из изменений в частоты аллелей между поколением и поколением »были предложены несколько позже. Традиционно считается, что биология развития ('эво-дево ') сыграл небольшую роль в синтезе, но Гэвин де Бир работа Стивен Джей Гулд предполагает, что он может быть исключением.[38]

Почти все аспекты синтеза время от времени подвергались сомнению, с разной степенью успеха. Однако нет сомнений в том, что синтез явился важной вехой в эволюционной биологии.[39] Он прояснил многие недоразумения и был непосредственно ответственен за стимулирование большого количества исследований в пост-Вторая Мировая Война эпоха.

Трофим Лысенко однако вызвало негативную реакцию того, что сейчас называется Лысенковщина в Советский союз когда он подчеркнул Ламаркиан идеи по наследование приобретенных черт. Это движение повлияло на сельскохозяйственные исследования и привело к нехватке продовольствия в 1960-х годах и серьезно повлияло на СССР.[40]

Появляется все больше свидетельств того, что эпигенетические изменения у людей передаются по наследству.[41] и другие животные.[42]

Общие генетические нарушения

Типы

Примерная родословная аутосомно-доминантного заболевания.
Примерная родословная аутосомно-рецессивного заболевания.
Примерная родословная связанного с полом расстройства (ген находится на Х хромосома )

Описание способа биологической наследственности состоит из трех основных категорий:

1. Количество вовлеченных места
2. Участвует хромосомы
3. Корреляция генотип –фенотип

Эти три категории являются частью каждого точного описания способа наследования в указанном выше порядке. Кроме того, могут быть добавлены следующие спецификации:

4. Случайное взаимодействие и взаимодействие с окружающей средой
5. Связанные с полом взаимодействия
6. Взаимодействие локус – локус

Определение и описание способа наследования также достигается, прежде всего, посредством статистического анализа родословных. Если задействованные локусы известны, методы молекулярная генетика также могут быть использованы.

Доминантные и рецессивные аллели

An аллель считается доминирующим, если он всегда выражается во внешнем виде организма (фенотипе) при наличии хотя бы одной его копии. Например, у гороха аллель зеленых стручков, грамм, преобладает над желтыми стручками, грамм. Таким образом, растения гороха с парой аллелей либо GG (гомозигота) или же Gg (гетерозигота) будет иметь зеленые стручки. Аллель желтых стручков рецессивен. Эффекты этого аллеля видны только тогда, когда он присутствует в обеих хромосомах, gg (гомозигота). Это происходит из Zygosity, степень, в которой обе копии хромосомы или гена имеют одинаковую генетическую последовательность, другими словами, степень сходства аллелей в организме.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Штурм РА; Фрудакис Т.Н. (2004). «Цвет глаз: порталы в гены пигментации и происхождение». Тенденции Genet. 20 (8): 327–332. Дои:10.1016 / j.tig.2004.06.010. PMID  15262401.
  2. ^ а б Пирсон Х (2006). «Генетика: что такое ген?». Природа. 441 (7092): 398–401. Bibcode:2006Натура.441..398П. Дои:10.1038 / 441398a. PMID  16724031.
  3. ^ Visscher PM; Hill WG; Рэй Н.Р. (2008). «Наследственность в эпоху геномики - концепции и заблуждения». Nat. Преподобный Жене. 9 (4): 255–266. Дои:10.1038 / nrg2322. PMID  18319743.
  4. ^ Shoag J; и другие. (Январь 2013 г.). «Коактиваторы PGC-1 регулируют MITF и реакцию загара». Mol Cell. 49 (1): 145–157. Дои:10.1016 / j.molcel.2012.10.027. ЧВК  3753666. PMID  23201126.
  5. ^ Pho LN; Leachman SA (февраль 2010 г.). «Генетика пигментации и предрасположенность к меланоме». G Ital Дерматол Венереол. 145 (1): 37–45. PMID  20197744.
  6. ^ Oetting WS; Блестящий MH; Король РА (1996). «Клинический спектр альбинизма у людей и по действию». Молекулярная медицина сегодня. 2 (8): 330–335. Дои:10.1016/1357-4310(96)81798-9. PMID  8796918.
  7. ^ Гриффитс, Энтони, Дж. Ф .; Wessler, Susan R .; Кэрролл, Шон Б.; Добли Дж (2012). Введение в генетический анализ (10-е изд.). Нью-Йорк: W.H. Фримен и компания. п. 3. ISBN  978-1-4292-2943-2.
  8. ^ Футуйма, Дуглас Дж. (2005). Эволюция. Сандерленд, Массачусетс: Sinauer Associates, Inc. ISBN  978-0-87893-187-3.
  9. ^ Филипс ПК (2008). «Эпистаз - важнейшая роль взаимодействия генов в структуре и эволюции генетических систем». Nat. Преподобный Жене. 9 (11): 855–867. Дои:10.1038 / nrg2452. ЧВК  2689140. PMID  18852697.
  10. ^ Wu R; Линь М (2006). «Функциональное картирование - как отображать и изучать генетическую архитектуру динамических сложных признаков». Nat. Преподобный Жене. 7 (3): 229–237. Дои:10.1038 / nrg1804. PMID  16485021.
  11. ^ Яблонька, Э .; Лэмб, М.Дж. (2002). «Меняющаяся концепция эпигенетики» (PDF). Летопись Нью-Йоркской академии наук. 981 (1): 82–96. Bibcode:2002НЯСА.981 ... 82J. Дои:10.1111 / j.1749-6632.2002.tb04913.x. PMID  12547675. Архивировано из оригинал (PDF) на 2011-05-11.
  12. ^ Яблонька, Э .; Раз, Г. (2009). «Эпигенетическая наследственность между поколениями: распространенность, механизмы и значение для изучения наследственности и эволюции» (PDF). Ежеквартальный обзор биологии. 84 (2): 131–176. CiteSeerX  10.1.1.617.6333. Дои:10.1086/598822. PMID  19606595.
  13. ^ Bossdorf, O .; Arcuri, D .; Richards, C.L .; Пильуччи, М. (2010). «Экспериментальное изменение метилирования ДНК влияет на фенотипическую пластичность экологически значимых признаков у Arabidopsis thaliana" (PDF). Эволюционная экология. 24 (3): 541–553. Дои:10.1007 / s10682-010-9372-7.
  14. ^ Яблонька, Э .; Лэмб, М. (2005). Эволюция в четырех измерениях: генетическом, эпигенетическом, поведенческом и символическом.. MIT Press. ISBN  978-0-262-10107-3.
  15. ^ Laland, K.N .; Стерельный, К. (2006). «Перспектива: семь причин (не) пренебрегать нишевым строительством» (PDF). Эволюция. 60 (8): 1751–1762. Дои:10.1111 / j.0014-3820.2006.tb00520.x. Архивировано из оригинал (PDF) на 19.08.2011.
  16. ^ Chapman, M.J .; Маргулис, Л. (1998). «Морфогенез путем симбиогенеза» (PDF). Международная микробиология. 1 (4): 319–326. PMID  10943381. Архивировано из оригинал (PDF) на 2014-08-23.
  17. ^ а б Wilson, D. S .; Уилсон, Э. (2007). «Переосмысление теоретических основ социобиологии» (PDF). Ежеквартальный обзор биологии. 82 (4): 327–348. Дои:10.1086/522809. PMID  18217526. Архивировано из оригинал (PDF) на 2011-05-11.
  18. ^ Bijma, P .; Уэйд, М.Дж. (2008). «Совместные эффекты родства, многоуровневого отбора и косвенных генетических эффектов на ответ на генетический отбор». Журнал эволюционной биологии. 21 (5): 1175–1188. Дои:10.1111 / j.1420-9101.2008.01550.x. PMID  18547354.
  19. ^ Vrba, E.S .; Гулд, С.Дж. (1986). «Иерархическое расширение сортировки и выбора: сортировку и выбор нельзя сравнивать» (PDF). Палеобиология. 12 (2): 217–228. Дои:10.1017 / S0094837300013671.
  20. ^ Гриффитс, Энтони, Дж. Ф .; Wessler, Susan R .; Кэрролл, Шон Б.; Добли, Джон (2012). Введение в генетический анализ (10-е изд.). Нью-Йорк: W.H. Фримен и компания. п. 14. ISBN  978-1-4292-2943-2.
  21. ^ Чарльзуорт, Брайан и Чарльзуорт, Дебора (ноябрь 2009 г.). «Дарвин и генетика». Генетика. 183 (3): 757–766. Дои:10.1534 / генетика.109.109991. ЧВК  2778973. PMID  19933231.
  22. ^ Бард, Джонатан BL (2011). «Следующий эволюционный синтез: от Ламарка и Дарвина до геномных вариаций и системной биологии». Сотовая связь и сигнализация. 9 (30): 30. Дои:10.1186 / 1478-811X-9-30. ЧВК  3215633. PMID  22053760.
  23. ^ "Фрэнсис Гальтон (1822-1911)". Научный музей. Получено 26 марта, 2013.
  24. ^ Лю Ю. (май 2008 г.). «Новый взгляд на пангенезис Дарвина». Биол Рев Камб Филос Соц. 83 (2): 141–149. Дои:10.1111 / j.1469-185X.2008.00036.x. PMID  18429766.
  25. ^ Липтон, Брюс Х. (2008). Биология веры: раскрытие силы сознания, материи и чудес. Hay House, Inc., стр.12. ISBN  978-1-4019-2344-0.
  26. ^ Негби, Моше (лето 1995 г.). «Мужское и женское начало в ботанических произведениях Теофраста». Журнал истории биологии. 28 (2): 317–332. Дои:10.1007 / BF01059192.
  27. ^ Гипократа (1981). Трактаты Гиппократа: О поколении - Природа ребенка - Болезни Ic. Вальтер де Грюйтер. п. 6. ISBN  978-3-11-007903-6.
  28. ^ «Биология Аристотеля - 5.2. От исследования к пониманию; от хоти к диоти». Стэндфордский Университет. 15 февраля 2006 г.. Получено 26 марта, 2013.
  29. ^ Евменид 658-661
  30. ^ Снег, Курт. "Удивительные маленькие" анималкулы Антони ван Левенгука"". Лебен. Архивировано из оригинал 24 апреля 2013 г.. Получено 26 марта, 2013.
  31. ^ Лоуренс, Сера Р. (2008). Эскиз гомункула Хартсукера из Essai de Dioptrique. Энциклопедия проекта эмбриона. ISSN  1940-5030. Архивировано из оригинал на 2013-04-09. Получено 26 марта, 2013.
  32. ^ Готлиб, Гилберт (2001). Индивидуальное развитие и эволюция: генезис нового поведения. Психология Press. п. 4. ISBN  978-1-4106-0442-2.
  33. ^ Хениг, Робин Маранц (2001). Монах в саду: найденный гений Грегора Менделя, отца генетики. Хоутон Миффлин. ISBN  978-0-395-97765-1. Статья, написанная малоизвестным моравским монахом по имени Грегор Мендель.
  34. ^ а б Карлсон, Нил Р. (2010). Психология: наука о поведении, п. 206. Торонто: Pearson Canada. ISBN  978-0-205-64524-4. OCLC  1019975419
  35. ^ Mayr & Provine 1998
  36. ^ Майр Э. 1982. Рост биологической мысли: разнообразие, эволюция и наследование. Гарвард, Камбс. стр. 567 и след.
  37. ^ Палумби, Стивен Р. (1994). «Генетическая дивергенция, репродуктивная изоляция и морские виды». Ежегодный обзор экологии и систематики. 25: 547–572. Дои:10.1146 / annurev.es.25.110194.002555.
  38. ^ Гулд С.Дж. Онтогенез и филогения. Гарвард, 1977. С. 221–222.
  39. ^ Хандшу, Стефан; Миттерокер, Филипп (июнь 2012 г.). «Эволюция - расширенный синтез. Предложение исследования, достаточно убедительное для большинства биологов-эволюционистов?». Международное общество этологии человека. 27 (1–2): 18–21. ISSN  2224-4476.
  40. ^ Харпер, Питер С. (2017-08-03). «Генетика человека в смутные времена и места». Наследие. 155: 7. Дои:10.1186 / s41065-017-0042-4. ISSN  1601-5223. ЧВК  5541658. PMID  28794693.
  41. ^ Шиф, М (2015). «Негенетическое наследование и трансгенерационная эпигенетика». Тенденции в молекулярной медицине. 21 (2): 134–144. Дои:10.1016 / j.molmed.2014.12.004. PMID  25601643.
  42. ^ Кишимото, S; и другие. (2017). «Экологические стрессы вызывают у Caenorhabditis elegans преимущества выживания, передающиеся по наследству от поколения к поколению, через связь зародышевой линии с сомой». Nature Communications. 8: 14031. Bibcode:2017НатКо ... 814031K. Дои:10.1038 / ncomms14031. HDL:2433/217772. ЧВК  5227915. PMID  28067237.

внешняя ссылка