Помощничек
Главная | Обратная связь


Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

МУТАЦИИ КАК ХИМИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ



Реферат на тему мутации

Додаева Очирва

Реферат: Мутации

ОБРАЗОВАНИЕ МУТАЦИЙ

Если, как утверждал Дарвин, адаптация живых организмов обусловлена

естественным отбором, а не телеологической направленностью самого процесса

изменчивости, то для того, чтобы обеспечить процесс отбора большим

разнообразием, наследуемые вариации должны почти при всех условиях

происходить во многих направлениях. Это, однако, в опреде­ленной степени

противоречит широко распространенному мнению, отчасти поддержанному и

Дарвином, что под влиянием данных внешних условий возникают, как правило,

только вполне определенные наследуемые вариа­ции. Действительно, при этом мы

снова встречаемся с той же трудностью: как удается возникнуть

«соответствующим» вариациям (то есть адаптив­ным вариациям) в ответ на

«соответствующие» условия (то есть условия, к которым эти вариации

адаптированы). Более того, в этом вопросе нам не помогает и представление де

Фриза о мутациях. В соответствии с этой точкой зрения существуют внезапные

скачки, приводящие к полному превращению одного «элементарного вида» в другой

с радикальным изменением многих признаков сразу, причем число разных,

альтернатив­ных скачков относительно невелико. Очевидно, что нельзя

объяснить, как посредством таких резких скачков организмы приобрели столь

рацио­нальную внутреннюю и внешнюю организацию, или, иными словами, оказались

столь полно адаптированными.

Прежние селекционеры, мыслившие в терминах химических реакций на

макроскопическом уровне, если им вообще приходилось мыслить на химическом

уровне, слабо понимали ультрамикроскопическую случай­ность процесса,

вызывающего наследуемые вариации. Первые исследова­тели мутаций, кроме того, не

увидели качественной и количественной множественности мутаций. Однако скоро

результаты опытов Бауэра на Antirrhinum и Моргана на дрозофиле, а также

разрозненные наблюдения на других видах показали существование многочисленных

менделирующих мутаций, многие из которых вызывали небольшие изменения. Эти

мутации происходили в разнообразных направлениях и для них не было обнаружено

заметной связи между типом мутации, характером внешних условий и состоянием

организма, при которых возникла эта мутация. Эти наблюдения лучше согласуются

со статистическим представлением о про­цессе эволюции, основанном на

случайностях. В каком, однако, смысле можно рассматривать события случайными.

Возможно, они являются выражением скрытых сил, действующих более

детерминированно. Короче говоря, было более чем когда-либо очевидно, что

назрела необходимость дальнейшего изучения характера возникновения мутаций.

Если процесс возникновения мутации действительно не телеологичен, то между

характером внешних условий и характером изменения не долж­но быть никакой

связи и, что самое главное, никакой адаптивной связи. Если мутации

действительно столь многочисленны и столь разнообразны, как этого требует

теория естественного отбора, основная масса изменений должна быть вредной,

точно так же, как произвольное изменение в слож­ном аппарате, сделанное

вслепую, обычно вредно отражается на его работе. Многие из самых больших

изменений должны быть даже полно­стью несовместимы с его работой

или, как мы говорим, должны бытьлегальны. Таким образом, как это ни странно

выглядит на первый взгляд, следует ожидать, что в случае правильности теории

естественного отбора большинство мутаций должно быть вредными. Следует еще

ожидать, что эти в основном вредные изменения должны быть очень

разнообразными по своей генетической природе.

ЧАСТОТА МУТАЦИЙ

Для того, чтобы получить данные в этом направлении, необходимо выработать

специальные генетические методы, приспособленные для обнаруже­ния мутаций,

которые обычно ускользают от наблюдения. К ним отно­сятся, во-первых, летали,

во-вторых, изменения малые, но все же замет­ные, и, в-третьих, изменения,

внешне незаметные, но в большей или меньшей степени неблагоприятно влияющие

на жизнеспособность.Объяс­нение этих методов увело бы нас сейчас слишком в

сторону. Достаточно сказать, что в них используется принцип, состоящий в том,

что для начала хромосома, как мы говорим, «маркируется» одним или несколькими

извест­ными мутантными генами с заметными видимыми эффектами, для того чтобы

отличить ее от другой гомологичной хромосомы. Следует ожидать, что при

соответствующем размножении особи с такими отличающимися хромосомами

образуется две группы заметным образом отличающихся потомков, причем в

определенном соотношении. Если, однако, в одной из хромосом появится

летальная мутация, ее возникновение будет отмече­но отсутствием

соответствующей ожидаемой группы потомков. Аналогично, мутантный ген с

незаметным, но в какой-то мере вредным, хотя и не пол­ностью летальным

действием, будет обнаружен при уменьшении числен­ности соответствующей группы

потомков по сравнению с ожидаемой. Кроме того, при такой постановке опытов

увеличивается вероятность обнаружения генов с очень небольшими видимыми

эффектами. Действи­тельно, малый эффект можно не заметить в одной особи, но в

целой группе потомков легче обнаружить тенденцию в сторону отличий по какому-

либо признаку от соответствующей группы потомков, возникшей от не­ мутанта.

В первых опытах такого рода, проведенных в 1918—1919 гг. Альтенбургом и мною,

частично совместно, удалось получить четкие данные о том, что у Drozophila

летальные мутации возникают гораздо чаще мутаций, дающих видимый эффект, и что

среди последних мутации со слабым про­явлением встречаются гораздо чаще мутации

с четким заметным эффектом, которые используются в обычной генетической работе.

Большинство мутаций как четко видимых, так и со слабым проявлением обладали

пониженной жизнеспособностью. Исследование генетической природы полученных

мутаций с использованием новых тогда фактов о сцеплении показало, что они очень

разнообразны по месту своей локализации в хромо­соме. Можно было подсчитать,

что спонтанно должны возникать по край­ней мере сотни, а то и тысячи разных

типов мутаций. В работах, сделан­ных гораздо позже с использованием

индуцированных мутаций, было показано (в независимых опытах автора этих строк и

Керкиса, а также Тимофеева-Ресовского с сотрудниками, проведенными в 1934 г.),

что «невидимые» мутации, которые за счет тех или иных физиологических изменений

уменьшают жизнеспособность,

не являясь полностью леталь­ными, составляют наиболее многочисленную группу

из всех обнаружен­ных до сих пор мутаций. Таких мутаций по меньшей мере в 2—3

раза больше полных деталей. Кроме того, наверняка возникает еще столько же,

если не больше, мутаций, эффект которых столь мал, что совсем не может быть

обнаружен нашими сравнительно грубыми методами. Именно среди них вероятней

всего обнаружить те редкие случаи, когда при данных условиях или в

комбинациях с другими мутациями мутация обладает определенным адаптивным

значением. Опыты Тимофеева-Ресовского показали, однако, что даже среди более

заметных видимых мутаций встречается некоторое количество таких, которые в

определенных комби­нациях приводят к адаптивным преимуществам в лабораторных

условиях.

Сам метод обнаружения по отсутствию целой группы потомков с определенным четким

признаком позволяет выявлять летали более надежно, независимо от субъективных

свойств исследователя, чем нечеткие, неви­димые или просто вредные мутации. К

счастью встречается довольно мало промежуточных случаев, когда мутация почти

полностью, но не совсем детальна. Так как летальные мутации встречаются гораздо

чаще ярко-выраженных видимых мутаций и могут быть объективно выявлены,

оказа­лось возможным использовать летали в качестве меры частоты мутаций,

несмотря на тот недостаток, что для обнаружения летали необходимо размножение,

а не простое обследование особи, несущей мутацию. В ранее опубликованной работе

мы (Альтенбург и автор этих строк) попытались не только найти количественное

значение «нормальной» частоты мута­ций, но и выяснить, влияют ли на частоту

мутаций определенные условия, которые, как мы считали, представляют особый

интерес. В конечном счете мы намеревались использовать этот метод для

исследования роли самых разнообразных условий. Условием, выбранным для первых

опытов, была температура, и результат, подтвержденный впоследствии работами

автора, свидетельствовал о том, что с увеличением температуры в

нормаль­ных для организма пределах частота мутаций увеличивалась так, как если

бы мутация в основном представляла собой обычную химическую реакцию.

МУТАЦИИ КАК ХИМИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ

В соответствии с этой точкой зрения единичная мутация соответствует

индивидуальному молекулярному изменению: растянувшаяся же на тысячи лет серия

мутаций в громадном числе идентичных генов популяции соответствует течению

обычной химической реакции, происходящей среди громадного числа молекул,

заключенных в лабораторную пробирку, и протекающей в течение долей секунд.

Разница в скорости связана с тем, что индивидуальный ген в своем

биологическом окружении гораздо ста­бильнее обычной химической молекулы при

воздействии на нее различных реагентов. Таким образом, мутации, взятые в

целом, должны подчиняться статистическим законам, приложимым к массовым

реакциям, тогда как индивидуальная мутация соответствует изменению одной

молекулы идолжна подвергаться случайностям ультрамикроскопических или атомных

событий. Появление же мутантной особи является грандиозным усилением этого

явления. Этот принцип дает ключ к пониманию того факта, который иначе

находится в противоречии с

рациональной, научной, микроскопиче­ски детерминистской точкой зрения,

согласно которой различия во внешних условиях или в состоянии живого существа

не влияют, по-видимому, на воз­никновение мутаций, и наоборот, в нормальных и

постоянных внешних ус­ловиях возникают мутации разного типа. Этот принцип

согласуется также с тем фактом, обнаруженным нами примерно в то же время, что

при возникновении мутации в данном гене другой идентичный ген, находя­щийся в

той же клетке, обычно не изменяется, хотя он, конечно, находится в тех же

самых макроскопических физико-химических условиях, что и мутировавший ген. По

этой концепции мутации обычно возникают в результате субмикроскопических

случайных событий, т. е. в результате «капризов» теплового движения,

происходящего на молекулярном и субмолекулярном уровнях. Впоследствии

Дельбрюк и Тимофеев-Ресовский в более подробной работе о влиянии температуры

показали, что увели­чение частоты мутаций с повышением температуры происходит

быстрее, чем это происходило бы в случае обычной химической реакции в

про­бирке, причем в соответствии с тем, чего следовало ожидать для реакции с

такой низкой абсолютной скоростью (т. е. с малой долей молекулярных изменений в единицу времени), которая вытекает из наблюдаемой частоты мутаций. Это

количественное совпадение помогает подтвердить пра­вильность всей концепции в целом.

Далее, вывод о немакроскопической природе индивидуальной мутации, столь отличающей ее от остальных макроскопически обнаружимых химических изменений, естественно привел к предположению, что неко­торые «точечные эффекты»,

вызываемые излучениями высокой энергии типа рентгеновых лучей, могут вызвать

также и изменения в генетическом материале. Поскольку мутацию вызывает даже

такое относительно мягкое воздействие, как тепловое возбуждение, очевидно,

что энергетически гораздо более сильное возбуждение, вызванное радиацией,

также должно вызывать мутации. И действительно, наши исследования по

применению рентгеновых лучей, проведенные с помощью таких же генетических

мето­дов, как и ранее поставленные исследования о роли температуры,

показа­ли, что радиация гораздо эффективнее простого увеличения температуры,

поскольку за полчаса облучения в обработанных клетках можно получить раз в

100 больше мутаций, чем их возникнет спонтанно за целое поколе­ние. Было

обнаружено, что эти мутации также обычно возникают локаль­но и случайно в

единичном гене, не затрагивая в то же время идентичного гена, который может

присутствовать поблизости в гомологичной хромосоме.

РАДИАЦИОННЫЕ ЭФФЕКТЫ

Кроме изменения индивидуальных генов радиация вызывает перегруп­пировки

частей хромосом. Как показали наши последующие работы (в частности, с

сотрудниками, особенно с Райхаудхьюри и Понтекорво), эти изменения возникают

в первую очередь в результате разрывов хромо­сом, за которыми следует

присоединение разорванных концов друг к другу, в результате чего они

соединяются не в том порядке, как ранее. Два или несколько разрывов,

участвующих в такой перестройке, могут распола­гаться далеко друг от друга и

быть вызваны разными ударами и таким образом

приводят к тому, что мы называем крупными структурны­ми изменениями. Эти

изменения бывают разного типа в зависимости от того, где именно произошли

разрывы и какие именно образовавшиеся концы соединились друг с другом.

Несмотря на то, что индивидуальные «удары» обладают в общем весьма локальным

действием, не так уж редко в близлежащих точках происходят два разрыва, что

равносильно одному локальному изменению (или по крайней мере одной локальной

группе изменений), влияние которого распространяется на определенное

рас­стояние в обе стороны. Воссоединение в новом порядке разорванных кон­цов,

возникших в результате таких соседних разрывов, приводит к мелким изменениям

последовательности генов. Как правило, маленькие участки, расположенные между

двумя разрывами, теряются («нехватка»), но иногда они меняют ориентацию

(«инверсия») или даже попадают в совершенно другую область хромосомы, ставшую

доступной в результа­те образования в ней независимого разрыва.

И ранние и последующие работы с сотрудниками (Оливер, Хансон и др.) четко

показали, что частота генных мутаций прямо пропорциональна дозе облучения,

независима от длины волны, от вида облучения, будь то рентгеновы, g- или

даже b-лучи, и от времени облучения. С тех пор эти факты были подтверждены с

большой точностью, особенно в работах Тимофеева-Ресовского с сотрудниками. В

нашей сравнительно недавней работе с Райхаудхьюри эти принципы были

распространены для g-лучей на столь малые дозы, как 400 рентген и столь малую

интенсивность облучения, как 0,01 рентген в минуту. Эти данные, как мы думаем,

неизбежно приводят к заключению, что пороговой дозы не существует и что

индиви­дуальная мутация происходит в результате индивидуального «удара»,

вызывающего генетический эффект в непосредственной близи от него. Пока не

решено, являются ли эти так называемые «удары» отдельными ионизациями или

возбуждениями на более низких энергетических уровнях или напротив для них

требуется скопление ионизации, которые встре­чаются на концах электронных

треков и на их боковых ветвях (на эту возможность указали Ли и Фано). Но в

любом случае они являются даже при микроскопическом рассмотрении тем, что мы

называем «точечными мутациями», поскольку при них происходят изменения лишь на

ультра­микроскопическом уровне. Возникновение или невозникновение этих мута­ций

в определенной точке является вероятностным процессом, причем этот термин

употребляется в том же значении, что и в математической статистике.

Естественно, что вызывать мутации могут не только фотоны, но и другие агенты,

способные давать аналогичные эффекты, что было пока­зано сотрудниками

Альтенбурга в Хаустоне для нейтронов (Нагаи и Лохер) и для a-лучей (Уард) и

подтверждено Тимофеевым-Ресовским и его сотруд­никами (Циммером и др.). Более

того, как показал Альтенбург, на гены оказывают влияние даже еще меньшие

квантовые изменения, вызванные ультрафиолетовыми лучами. Однако они вызывают

относительно малое число перестроек участков хромосомы (Меллер и Маккензи) и

даже прояв­ляют тенденцию к подавлению таких перестроек, как было показано

Свенсоном, а затем Кауфманом и Холлендером. Поскольку эффективные удары

ультрафиолета представляют собой скорее всего случайным обра­зом разбросанные

изменения отдельных атомов в пуринах и пиримидинах,

входящих в состав хромосом, а не изменения в группе атомов, кажется

вероятным, что во всяком случае для возникновения генных мутаций не нужны

скопления ионизации. Однако мы не можем быть уверенными в этом до тех пор,

пока не будет лучше известна связь между частотой мутаций и дозой

ультрафиолетовых лучей.

 




Поиск по сайту:

©2015-2020 studopedya.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.