In der modernen Wissenschaftsgemeinschaft gibt es verschiedene Theorien zur Übermittlung von Informationen von den Eltern an die Nachkommen: von der Welle zur futuristischen Art von Supermind-Gruppen. Die Tatsache, dass es DNA-Moleküle sind, die die materielle Grundlage für die Kontinuität von Organismen bilden, ist jedoch nicht umstritten. Der Zweck dieses Artikels besteht darin, zu verstehen, wie in der wissenschaftlichen Gemeinschaft Beweise für die genetische Rolle der DNA gefunden wurden und was sie sind.
Ein bisschen Theorie für Nicht-Biologen
Um das Thema und die Essenz des Beweises der Rolle der DNA in der Vererbung zu verstehen, erinnern wir uns nur an einige allgemeine Konzepte und Begriffe, die im Text verwendet werden. Molekularbiologen und andere professionelle Biologen lesen diesen Teil möglicherweise nicht - Konzepte werden in einer vereinfachten Version für den interessierten Teil der Leser angegeben. Obwohl die moderne Spezialisierung in der Biologie heute so stark gewachsen ist, dass ein professioneller Umweltschützer nicht immer durchbricht, um die Essenz der Evolutionsmechanismen zu verstehen, und die Besonderheiten der Entwicklung eines Froschembryos von Botanikern nicht eindeutig verstanden werden. Das sind also die Begriffe:
- DNA (Desoxyribonukleinsäure) und RNA (Ribonukleinsäure) sind lange und große Moleküle, die aus Monomeren - Nukleotiden - bestehen.
- DNA und RNA werden Nukleinsäuren genannt.
- DNA und RNA bestehen aus nur vier Nucleotiden (drei identische, eines davon in DNA und RNA verschieden) - Nucleotide sind für alle Lebewesen auf dem Planeten universell. Dies sind komplexe organische Verbindungen aus einer stickstoffhaltigen Base, einem Kohlenhydratrest und Phosphorsäure. Sie heißen Adein, Guanin, Thymin und Cytosin (Uracil).
- Nukleotide bilden Tripletts - sie kodieren eine von zwanzig Aminosäuren.
- Tripletts bilden Ketten in der Zusammensetzung von Nukleinsäuren, die einer Kette von Aminosäuren oder einem bestimmten Protein entsprechen. Proteine sind die Grundlage des Lebens auf dem Planeten, sie sind spezifisch und einzigartig.
- Ein Gen ist ein Stück Nukleinsäure, das für ein Protein verantwortlich ist.
- Genom - die Gesamtheit des gesamten genetischen Materials des Körpers.
Ein bisschen Geschichte
Der Schweizer Biologe F. Miescher sah 1869 Ketten in den Kernen von Eiterzellen (Leukozyten), die er Nukleinsäuren nannte.
Deutscher A. Kassel als Biochemiker berechnete ihre Zusammensetzung: Zucker, Phosphorsäure und fünf Sorten stickstoffhaltiger Basen. Er bewies 1891, dass es zwei Nukleinsäuren gibt - DNA und RNA. In der Zeit von diesen Entdeckungen bis 1953 wurden Studien zur chemischen Zusammensetzung und strukturellen Organisation von Nukleinsäuren durchgeführt. Berühmte Familiennamen dieser Zeit sind F. Leuven, A. Todd, E. Chargaff. Die Experimente, die von F. Griffith (1928) begonnen und von O. Avery, C. MacLeod und M. McCarthy (1944) fortgesetzt wurden, lieferten Beweise für die Rolle der DNA bei der Übertragung genetischer Informationen, dazu später mehr. 1953 schlugen die Amerikaner J. Watson und F. Crick ein Modell der DNA-Struktur in Form einer doppelt verdrillten Helix vor, das sogar einem Schüler bekannt war. Das war's, die Molekularbiologie war geboren!
Vom Protein zur DNA
Zu diesem Zeitpunkt wirkten Nukleinsäuren wie seltsames Material im Zellkern. Wofür diese Formationen benötigt werden, wussten sie nicht und noch weniger suchten sie nach Beweisen für die genetische Rolle von Nukleinsäuren. Proteine, die aus Aminosäuren bestehen und eine komplexere chemische Struktur aufweisen, wurden bereits entdeckt. Es waren Proteine, die als Träger von Erbinformationen galten.
Das Material, das erbliche Informationen enthält, war das erste, an dem der englische Bakteriologe F. Griffith 1928 zweifelte. Und obwohl er die genetische Rolle der DNA nicht überzeugend nachweisen konnte, verdienen seine Experimente Aufmerksamkeit.
Griffith Pneumokokkenstämme
Frederick Griffith, ein Bakteriologe aus England, infizierte Mäuse mit Pneutnococcus pneumoniae-Viren, die Lungenentzündung verursachten, und die Tiere starben. Pneumokokken gibt es in zwei Formen - infektiös (virulent) und nicht infektiös (avirulent). Diese Formen sind leicht zu unterscheiden. Virulenter Pneumokokkus hat eine Mucopolysaccharid-Kapsel, die die Zelle schützt. Avirulente Kapseln haben und können sich nicht gegen Immunzellen der Maus wehren, daher entwickeln Mäuse keine Lungenentzündung. Das damalige Postulat: Erhitzte virulente Pneumokokken werden avirulent. Ein Biologe infiziert Mäuse mit einer Mischung aus einem erhitzten virulenten Stamm und einem lebenden avirulenten Stamm (ohne Kapseln). Die Mäuse sterben. In ihrem Körper entdeckt der Wissenschaftler lebende Pneumokokken mit einer Kapselhülle. Griffiths Fazit: Von toten virulenten Pneumokokken zu lebenden, aber kapselfreien Formen wird etwas übertragen (ein „Transformierungsmittel“), das avirulente Formen in virulente mit einem festgelegten Attribut als erblich „umwandelt“ (Pneumokokken vermehren sich schnell: jene, die er in Leichen gefunden hat Mäuse - die hundertste Generation der ersten). Und da Viren nichts anderes als Nukleinsäuren (DNA und RNA) in ihrer Struktur haben, besitzt F. Griffith den ersten Beweis für die genetische Rolle von DNA und RNA, obwohl er sie den „Transformator“ nannte. Denken Sie daran, dass dies 1928 geschah.
Experimentelle Beweise für die Rolle der DNA beim Informationstransfer
Fast das gleiche, was Griffith tat, nur ohne arme Mäuse, wurde 1944 von O. T. Avery, K. M. MacLeod und M. McCarthy durchgeführt. Am Rockefeller-Institut für medizinische Forschung in New York erhielten sie in vitro (in vitro) ein reines Griffith-Transformierungsmittel aus abgetöteten virulenten Formen und mischten es erneut in vitro mit avirulenten Formen. Erhielt eingekapselte Krankheitserreger. Und dann haben wir die Zusammensetzung des gleichen Mittels untersucht. Sie haben zunächst bewiesen, dass es sich nicht um Protein handelt und dass es sich bereits um eine Innovation handelt. Nun, dann kamen sie zu dem Schluss, dass dieses Agens Nukleinsäure ist. Diese amerikanischen Experimente sind ein direkter Beweis für die genetische Rolle der DNA bei der Übertragung von Erbinformationen. Aber nicht die einzigen, die die Wissenschaft als Klassiker betrachtet.
Der zweite klassische Beweis für die genetische Rolle der DNA
Das erste haben wir bereits beschrieben - das sind die Experimente von Avery - MacLeod - M. McCarthy.
Klassiker der Biologie - zwei weitere Experimente als direkter Beweis für die genetische Rolle der DNA. Die Beschreibung ist auf den Punkt reduziert.
Der amerikanische Genetiker Alfred Hershey erhielt für diese Experimente den Nobelpreis (1969). Eine interessante Reihe von Experimenten von Hershey und Martha Chase, die 1952 an der Universität von Washington in St. Louis mit mit radioaktivem Phosphor und Schwefel markierten Bakterien und Bakteriophagen durchgeführt wurden. Ihre Erkenntnisse, dass Bakteriophagen-DNA in Bakterien eindringt und neue Bakteriophagen entstehen lässt, sind ein klassischer Beweis für die genetische Rolle von DNA.
Dritte Erfahrung
Der deutsch-amerikanische Biochemiker Heinz Ludwig Frenkel-Konrat erhielt für seine Forschungen den Lasker-Preis (1958). An der University of California führte er 1957 Experimente mit dem Tabakmosaikvirus durch. Ihr Schema ähnelt dem von Griffith. Seine Leistung besteht darin, dass er die Beteiligung von RNA an der Übertragung erblicher Informationen nachweist.
Interessante moderne Beweise
Die moderne Molekularbiologie und Genetik liefern uns ständig neue Beweise für die genetische Rolle der DNA. Im Folgenden sind einige sehr interessante, unerwartete und beeindruckende Fakten aus Studien der modernen Wissenschaft aufgeführt, die auf die eine oder andere Weise die Rolle der DNA bei der Bildung eines Organismus belegen.
2007 konnten Wissenschaftler einen Teil der DNA von Amphibien isolieren, die für die Bildung des Auges verantwortlich ist. Heute gibt es schon Salamander mit Augen an Füßen und Schwanz.
Im Genom von Ziegen haben Wissenschaftler das für das Webprotein verantwortliche Spinnengen implantiert, da dieses Protein in der Ziegenmilch vorkommt. Nach spezieller Verarbeitung und Extraktion von Eiweiß aus Milch entsteht Spinnenseide.
Die Niederländer züchteten Kühe mit dem menschlichen Gen, das für ein bestimmtes Milchprotein der Frau verantwortlich ist - Lactoferrin. Dieses Protein spielt eine wichtige Rolle bei der primären Immunität von Säuglingen. Die Prüfung von Kuhmilch wird fortgesetzt, die Aussichten für den Einsatz in der Medizin sind jedoch beeindruckend.
Chinesische Wissenschaftler haben das Ferkelembryo-Gen durch das fluoreszierende Quallenprotein-Gen ergänzt und zwei grün leuchtende Ferkel gezüchtet.
2008 verbreitete die Welt die Nachricht von der Geburt eines Kindes mit einem künstlich veränderten Genom. Dies geschah in London, wo eine Frau einem Experiment aufgrund der entdeckten genetischen Abnormalitäten im Genom des Embryos zustimmte.
Menschliche Chimären existieren. Bei einem DNA-Vaterschaftstest im Jahr 2002 zeigte sich, dass die Amerikanerin Lydia Fairchild nicht die Mutter ihres ungeborenen Kindes ist. Studien wiederholt, aber die Analyse zeigte die gleichen Ergebnisse. Es stellte sich heraus, dass sich Lydias Körper aus zwei Eiern entwickelte, die von verschiedenen Spermien befruchtet wurden und in den frühen Stadien der Ontogenese fusionierten. Daher besteht ihr Körper aus Geweben und Zellen mit einem anderen Chromosomensatz.
Jeder kennt DNA-Tests für Vaterschaft oder in der Rechtsprechung. DNA-Tests werden aber auch zur Echtheitsprüfung von Produkten eingesetzt. Sie können beispielsweise einen Treffpunkt für Kaviar oder Trauben für guten Wein einrichten.
Es gibt 4 Familien auf der Welt, deren Mitglieder keine Fingerabdrücke haben. Adermatoglyphie wird durch eine seltene Mutation eines einzelnen Gens verursacht.
Der Wechsel von Schlaf und Wachheit beim Menschen steuert das hDEC2-Gen, seine Mutation reduziert den Schlafbedarf auf 4 Stunden.
Kryogenetik ist es gelungen, eine seit 16 Jahren eingefrorene Maus zu klonen. Wissenschaftler haben nicht gelernt, die "Polarforscher" wiederzubeleben, aber Sie können sie klonen.
Und ein bisschen über das einzigartigste Molekül
- 10 Milliarden Kilometer von der Erde nach Pluto und umgekehrt - das ist die Länge der menschlichen DNA, wenn sie zerlegt wird.
- Es ist möglich, das gesamte menschliche Genom 50 Jahre lang mit einer Geschwindigkeit von 8 Zeichen pro Sekunde und 8 Stunden pro Tag zu drucken.
- Alle Informationen auf der Welt, die im digitalen Format gespeichert sind, können in zwei Gramm DNA passen.
- Auf der "unsterblichen" Festplatte der Raumstation wird im Katastrophenfall die DNA berühmter Persönlichkeiten wie Stephen Hawking und Lance Armstrong abgelegt.
- In jeder Zelle unseres Körpers erleidet jedes DNA-Molekül ungefähr eine Million Mal am Tag verschiedene Schäden. Wir leben jedoch noch - oh, ein Wunder!
Um es zusammenzufassen
Trotz der Erfolge der Molekularbiologie und unseres Wissens über DNA kennt die Menschheit die Antworten auf viele Fragen noch nicht. Wer weiß, welche Entdeckungen uns in Zukunft erwarten, wird die Erbkrankheiten der Menschheit beseitigen und das Altern besiegen ...