Теория на мутагенезата. Велико преселение на народите
Краят на 4 век AD белязана от мощни, непрекъснати нашествия на варварски племена в Римската империя. Това бяха племенни съюзи германци, сармати, славяни,живеещи в периферията на западналата империя.
По времето на Великото преселение на народите установеното относително единство и цялост на територията на славяните е нарушено в резултат на напредъка през 2-4 век. AD към Северното Черноморие предимно на части от германските племена готов.В резултат на това възниква отделянето на източните славяни от западните славяни. По-късни източници съобщават за славянските племена на вендите, които са живели в района на река Лаба (Елба) заедно с племената Лугиеви които по-късно формират ядрото на поляците, полабските, померанските славяни (западен клон). Някои от славянските племена, които живеели по поречието на Дунав и по склоновете на Карпатите, станали част от уестърнгрупи славяни (словаци, чехи), а другата - юженгрупа, която усвоява земи на Балканите. Приблизително през същия период, очевидно, се е състоял процесът на формиране източенклонове на славяните, известни на античните автори под името анте.
В края на 2в. Нашествието на германските племена на готите започва в Северното Черноморие, границите на Римската империя. Там възниква най-големият племенен съюз вестготи,живеещи на север от Долен Дунав, и остготи,живеещи отвъд Днестър.
За разлика от повечето изследователи руският учен Л.Н. Гумильовсмята, че началото на Великото преселение на народите трябва да се датира от 2 век. сл. Хр., което се свързва с настъплението на германските племена на остготите, вестготите и гепидите, които сякаш разрязват Европа от север от Швеция до брега на Черно море. Склонни сме да разглеждаме готското настъпление главно във връзка с процеса на изолация на славянската културно-териториална общност през II-IV в., оставяйки открит проблемът за началото на Великото преселение на народите.
Значителен интерес обаче за разбирането на един от най-важните механизми на етногенезата представлява изясняването на самата причина или съвкупност от причини за феномена на Великото преселение на народите. Като цяло в научната литература се наложи, да го наречем условно, "дарвинистки"понятието етногенезис, което обяснява причината за пространственото движение на племената. В съответствие с него появата на раси и етнически групи се свързва с тяхната борба за съществуване, в която, както и в животинския свят, побеждава най-силният, завладявайки нови територии и унищожавайки или асимилирайки техните обитатели. За разлика от преобладаващото мнение, Гумильов предлага теория за етногенезата, основана на концепцията мутагенеза.
В съответствие с него всеки нов вид възниква в резултат на мутация - внезапна промяна в генофонда на живите същества, настъпваща под влияние на външни условия на определено място и в определено време.
Свързвайки началото на етногенезата с механизма на мутация, в резултат на което възниква етнически „тласък“, водещ след това до образуването на нови етнически групи, Гумильов въвежда понятието „страстност“.
Пасионарността е черта, която възниква в резултат на мутация (пасионарен импулс) и формира в рамките на населението определен брой хора с повишено желание за действие, или "пасионарии".
Пасионерите се стремят да променят средата си и са способни на това. Именно те организират дълги пътувания, от които малцина се връщат. Именно те се борят, за да завладеят народите, заобикалящи собствената си етническа група, или, обратно, да се борят срещу нашествениците. Такава дейност изисква повишена способност за упражняване на стрес и всяко усилие на живия организъм е свързано с изразходването на определен вид енергия. Този вид енергия е открит и описан от нашия велик сънародник V.I. Вернадски и го нарича биохимична енергия на живата материя в биосферата.
См.: Гумилев Л.Н.От Рус в Русия. М., 1922.
Гумильов доказва, че пасионарността в етническата група не остава непроменена и преминава през редица фази на развитие, които те оприличават на различните възрасти на човека. Самата продължителност на живота на етноса като правило е една и съща и варира от момента на удара до пълното унищожение около 1500 години, с изключение на случаите, когато агресията на чужденците нарушава нормалния ход на етногенезата.
Нов цикъл на развитие може да бъде предизвикан само от следващия пасионарен импулс, по време на който възниква ново страстно население. Но той в никакъв случай не реконструира стария етнос, а създава нов, пораждащ следващия кръг от етногенезата - процес, благодарение на който човечеството не изчезва от лицето на Земята.
От тези позиции Гумильов разглежда процеса на етногенезата на славяните и сред тях на руския народ.
Въпреки противоречивостта на концепцията на Гумильов, не може да се отрече, че тя ни позволява да подходим към процеса на етногенезата на различни етнически групи от единна позиция, да открием закономерности, да определим фазите на процеса и да отговорим по свой начин на въпрос за историческата съдба на народите.
Почти едновременно с настъплението на готите през 2в. AD създава се мощен съюз хуни(или хуни). Повечето изследователи смятат, че движението на хуните, номадски народ, възникнал през 2-4 век. в Урал от тюркоезичните Xiongnu, дошли от Централна Азия, и местните угрии сармати, дава тласък на Великото преселение на народите. През 4 век. Съюзът на хуните, образуван на източните граници на готските владения, влезе в ожесточена битка с готите, покорявайки редица германски племена, които бяха част от него. През първата половина на Vв. Съюзът на хуните достига своя връх. За връх на властта му се смята периодът на управлението му Атила,след чиято смърт през 453 г. племенният съюз се разпада.
- Готите (германските племена от балтийското крайбрежие) започват да изследват Черноморския регион от края на 2 век. н. д.
- Гумильов Л.Н. От Рус до Русия: Есета по етническа история. М.: Екопрос, 1992. стр. 15-18.
33. Спонтанна и индуцирана мутагенеза.
Мутациите, които възникват естествено, се наричат спонтанни, докато тези, които възникват изкуствено, се наричат индуцирани. Доказано е обаче, че има общи причини за спонтанни и индуцирани мутационни процеси. Към днешна дата са разработени много техники за предизвикване на мутации. Те се основават на въздействието върху организмите на различни физични фактори (мутагени). От тях в практиката се използват предимно йонизиращи лъчения от различни видове и някои химикали. Въздействайки върху клетките на тялото с тези фактори, тяхната мутационна вариабилност може рязко да се увеличи. Ефективните начини за получаване на изходен материал са методи индуцирана мутагенеза– изкуствено производство на мутации. Индуцираната мутагенеза дава възможност за получаване на нови алели, които не могат да бъдат открити в природата. По този начин са получени например високопродуктивни щамове микроорганизми (продуценти на антибиотици), сортове растения джуджета с повишена ранозрелост и др. Експериментално получените мутации в растения и микроорганизми се използват като материал за изкуствена селекция. По този начин са получени високопродуктивни щамове микроорганизми (продуценти на антибиотици), сортове растения джуджета с повишена ранозрелост и др.
За получаване на индуцирани мутации в растенията се използват физически мутагени (γ-лъчение, рентгеново и ултравиолетово лъчение) и специално създадени химически супермутагени (например N-метил-N-нитрозокарбамид). Дозата на мутагените се подбира така, че да загинат не повече от 30...50% от третираните обекти. Интересът към мутагенезата се дължи на факта, че мутациите често имат голяма развъдна стойност, тъй като те могат да развият нови, неизвестни преди това полезни черти. Получените мутантни форми или директно пораждат нов сорт (например домати джуджета с жълти или оранжеви плодове), или се използват в по-нататъшна селекционна работа.
Въпреки това, използването на индуцирани мутации в развъждането все още е ограничено, тъй като мутациите водят до унищожаване на исторически установени генетични комплекси. При животните мутациите почти винаги водят до намалена жизнеспособност и/или безплодие. Малкото изключения включват копринената буба. В резултат на индуцирана мутагенеза често се получават частично мутантни растения (химерни организми). В този случай те говорят за соматични (бъбречни) мутации. Много сортове овощни растения, грозде и картофи са соматични мутанти. Тези сортове запазват свойствата си, ако се възпроизвеждат вегетативно, например чрез присаждане на пъпки (резници), третирани с мутагени, в короната на немутантни растения; По този начин например се размножават портокали без семки.
34. Генни мутации. Методи за отчитане на мутации.
Мутацията (лат. mutatio - промяна) е устойчива (т.е. такава, която може да бъде наследена от потомците на дадена клетка или организъм) промяна в генотипа, която възниква под въздействието на външната или вътрешната среда. Процесът на мутации се нарича мутагенеза.
В резултат на генни мутации, замествания, делеции и вмъквания на един или повече нуклеотиди възникват транслокации, дупликации и инверсии на различни части от гена. В случай, че само един нуклеотид се променя под въздействието на мутация, се говори за точкови мутации. Внезапните спонтанни промени във фенотипа, които не могат да бъдат свързани с обикновени генетични явления или микроскопски доказателства за наличие на хромозомни аберации, могат да бъдат обяснени само с промени в структурата на отделните гени. Генна или точкова (тъй като се отнася до специфичен генен локус) мутация е резултат от промяна в нуклеотидната последователност на ДНК молекула в определен регион на хромозомата. Тази промяна в последователността на базите в този ген се възпроизвежда по време на транскрипцията в структурата на иРНК и води до промяна в последователността на аминокиселините в полипептидната верига, образувана в резултат на транслация върху рибозоми. Има различни видове генни мутации, които включват добавяне, изтриване или пренареждане на бази в ген. Това са дублиране, вмъкване, разделяне, инверсия или заместване на основата. Във всички случаи те водят до промяна в нуклеотидната последователност, а често и до образуване на променен полипептид. Например, изтриването причинява изместване на рамката.
Генните мутации, които възникват в гамети или в бъдещи зародишни клетки, се предават на всички клетки на потомците и могат да повлияят на бъдещата съдба на популацията. Соматичните генни мутации, които възникват в тялото, се наследяват само от онези клетки, които се образуват от мутантната клетка чрез митоза. Те могат да окажат влияние върху организма, в който са възникнали, но със смъртта индивидите изчезват от генофонда на популацията. Соматичните мутации вероятно ще се появят много често и ще останат незабелязани, но в някои случаи те произвеждат клетки с повишени темпове на растеж и делене. Тези клетки могат да пораждат тумори – или доброкачествени, които нямат голям ефект върху цялото тяло, или злокачествени, които водят до рак.
Ефектите от генните мутации са изключително разнообразни. Повечето малки генни мутации не се проявяват фенотипно, защото са рецесивни, но има редица случаи, при които промяната само в една база в определен ген има дълбок ефект върху фенотипа. Сърповидноклетъчната анемия се причинява от заместване на основата в гена, отговорен за синтеза на хемоглобина. Молекулата на респираторния пигмент хемоглобин при възрастен човек се състои от четири полипептидни вериги (две α- и две ß-вериги), към които са прикрепени четири хем-простетични групи. Способността на молекулата на хемоглобина да пренася кислород зависи от структурата на полипептидните вериги. Промяна в базовата последователност в триплет, кодиращ една специфична аминокиселина от 146-те, които изграждат ß веригите, води до синтеза на анормален сърповидноклетъчен хемоглобин (HbS) → S глутаминовата киселина е заменена с валин. →хемоглобин S кристализира при ниски концентрации на кислород→ във венозна кръв, червените кръвни клетки с такъв хемоглобин се деформират (от кръгли до сърповидни) и бързо се разрушават. В състояние Аа червените кръвни клетки изглеждат нормални, а нормалният хемоглобин е 40%.
Отчитането на мутациите при хората се извършва по два метода- преки и непреки. Директният метод е приложим главно за доминантни мутации. Свежда се до записване на честотата на децата с изразени доминантни черти, родени от родители, които не притежават тези черти. Вярно е, че първо трябва да се уверите, че 1) пенетрантността, т.е. честотата на проявление на алела на определен ген в различни индивиди от сродна група организми на даден ген, е пълна*; 2) тази черта никога не възниква под влияние на рецесивни алели; 3) чертата не се генерира от ненаследствени фактори; 4) признакът се причинява от доминантния ген само на един локус. Ако поне едно от изброените условия не бъде потвърдено, резултатите от изчисляването на честотата на генните мутации ще бъдат неточни.
По-правилно е честотата на мутациите да се изразява не чрез броя на родените мутантни индивиди, а чрез броя на мутантните алели. Така че, ако мутантният организъм се появява с честота 1 индивид на 12 хиляди, тогава честотата на мутантния алел (един на 24 хиляди) е 4-10-5.
Индиректният метод се основава на популационни генетични изчисления.
Използването на директни и косвени методи позволи да се установи честотата на мутация на нормални BL алели и доминиращи патологични за повече от дузина различни гени
Със сигурност всеки от вас се е интересувал от отговора на въпроса „откъде идвам?“ Но, уви, човечеството все още не е намерило отговора на този въпрос. Различни области на научното познание обаче изследват този проблем - теология, философия, антропология, уфология и т.н. Въз основа на изучаването на тези науки, все пак беше възможно да се идентифицират няколко основни теории по този проблем:
- Концепция за креационизъм
- Еволюционна концепция
- Концепция за труда
- Концепция за мутагенеза
- Космическа концепция (концепция за панспермия)
- Синтетична концепция
Концепция за креационизъм
Бог
Древните митове и легенди на различни народи отразяват идеите за божествения произход на човека, според които всемогъщият бог (богове) е създал света около себе си и човека. Митовете често казват, че човешките предци са били различни животни: горските обитатели са имали вълци и мечки; сред жителите на Приморие - моржове или риби. Религиозните учения сочат божествения произход на човека. Доминиращата религия в европейските страни – християнството – признава за създател на света и човека единия Бог, създал човека на шестия ден от сътворението на света по свой образ и подобие.
Еволюционна концепция
Чарлз Дарвин
Опитите да се определи позицията на човека в природата и да се обясни приликата му с други животни вече е имало в трудовете на древни учени и философи. Карл Линей през 1735 г., създавайки своята класификация на органичния свят, поставя човека в реда на приматите заедно с лемура и маймуната. Идеята за родството между висшите примати и хората намери подкрепа и научна обосновка в произведенията на Дж. Б. Ламарк (1809 г.), Ж. Буфон (1749 г.). Най-големият принос за развитието на теорията за антропогенезата на маймуните е книгата на Чарлз Дарвин „Произходът на човека и половият подбор“ (1871 г.), който излага хипотеза за произхода на човека от маймуноподобен предшественик, предсказан бъдещи фосилни находки и подчертава специалните прилики между хората, шимпанзетата и горилите и се предполага, че родното място на първите хора е Африка. Последвалите открития в областта на сравнителната анатомия, физиологията, биохимията и генетиката предоставиха редица доказателства за връзката между хората и висшите примати. Откритите от палеонтолозите останки от общи предци на хората и маймуните потвърдиха правилността на концепцията за антропогенезата.
Концепция за труда
Работа на Ф. Енгелс „Ролята на труда в процеса на превръщане на маймуната в човек“
Трудът превърна маймуна в човек
Фридрих Енгелс в своята работа „Ролята на труда в процеса на трансформация на маймуните в хора“ разглежда характеристиките на еволюцията на приматите, свързани с трудовата дейност. Съществен момент в процеса на антропогенезата е изправеното ходене, което предизвиква интензивно развитие на нервната система, особено на мозъка. Благодарение на изправеното ходене функциите на горните и долните крайници се разделят и се формира неспециализирана ръка - инструмент, способен да извършва стотици разнообразни и фини движения. Съвместната работа в трудни условия помогна на хората да оцелеят и да се справят с многобройните заплахи в околния свят, създавайки свой собствен свят, удобен и безопасен. Трудът е предпоставка за възникването и по-нататъшното развитие на социалните отношения, речта, мисленето, съзнанието - всичко, което отличава човека от животното. Човекът е единственото същество на Земята, способно съзнателно, целенасочено да преобразува света около себе си, да планира и да предвижда резултатите. Постепенно биологичните фактори на човешката еволюция отстъпват място на социалните фактори.
Концепция за мутагенеза
Генна мутация
В края на 20-те години. ХХ век изследователите стигнаха до извода, че видообразуването не може да се обясни само с промени в условията на околната среда (С. С. Четвериков, Р. А. Фишер, Н. П. Дубанин и др.). Основната роля в еволюцията трябва да играят доминантните мутации - промените в генетичния код на индивида. Условията на околната среда и начинът на живот допринасят само за естествения подбор сред много мутации на индивиди, които се отличават с някои предимства, по-добра адаптивност към дадени условия. Причината за този вид мутация, както предполагат учените, може да са екстремни геофизични фактори, като промени в нивата на радиация или геомагнитна инверсия. Учените са установили, че мястото на произход на антропоидите е Източна и Южна Африка, характеризираща се с високи нива на радиация и активна вулканична дейност. В резултат на земетресенията разместването на геоложките слоеве предизвика излагане на радиоактивни скали и рязко увеличаване на радиоактивното излъчване, което доведе до интензивен мутагенез. Съвпадението във времето с тези процеси на геомагнитна инверсия направи възможно появата на различни генетични мутации, включително биологично полезни. Хипотезата за геомагнитната инверсия (смяна на магнитните полюси на Земята) е изложена от антрополога Г. Н. Матюшкин. Установено е, че северният и южният магнитни полюси на Земята периодично се сменят, докато защитната функция на магнитосферата отслабва, което увеличава проникването на космическа радиация върху земната повърхност с 60%. Геомагнитните инверсии са придружени от удвояване на честотата на мутациите и това води до мощни огнища на биологична морфогенеза. Антрополозите приписват останките на древни човекоподобни маймуни, открити в Африка, към периода на геомагнитната инверсия; появата на питекантропа също съвпада по време със следващата геомагнитна инверсия (преди 690 хиляди години). Следващата смяна на полюса е настъпила преди 250–300 хиляди години, по същото време, когато неандерталците са съществували на Земята. Появата на съвременния човек (преди 30–40 хиляди години) също съвпада с периода на следващата геомагнитна инверсия.
Космическа концепция (концепция за панспермия)
панспермия
Животът се заражда в космоса и е пренесен на Земята под формата на космически рудименти - космозои (Richter G., 1865). Космическата концепция беше подкрепена от руски учени С. П. Костичев, Л. С. Берг, В. И. Вернадски, свързвайки появата на живота с появата на Земята на частици материя, прахови частици, спори от космоса, които летят във Вселената поради светлинно налягане. В края на 60-те години на ХХ в. Благодарение на успехите на астронавтиката, изучаването на неидентифицирани летящи обекти (НЛО) и описанието на скални рисунки, отново се появи интерес към хипотезите за панспермията. Така Б. И. Чувашов (1966) пише, че животът във Вселената съществува вечно и може да се пренася от една планета на друга.
Синтетична концепция
В момента учените се придържат към синтетичната концепция
Синтетичната теория в сегашния си вид се формира в резултат на преосмисляне на редица разпоредби на класическия дарвинизъм от гледна точка на генетиката от началото на 20 век.
Същността на синтетичната теория е преференциалното възпроизвеждане на определени генотипове и предаването им на потомци. Във въпроса за източника на генетичното разнообразие синтетичната теория признава основната роля на генната рекомбинация. Смята се, че се е случил еволюционен акт, когато селекцията е запазила генна комбинация, нетипична за предишната история на вида. В резултат на това еволюцията изисква наличието на три процеса:
1. мутационни, генериращи нови генни варианти с ниска фенотипна експресия;
2. рекомбинация, създаваща нови фенотипове на индивиди;
3. селекция, определяща съответствието на тези фенотипове с дадените условия на живот или отглеждане.
Всички привърженици на синтетичната теория признават участието на трите изброени фактора в еволюцията.
Етапи на човешката еволюция
| Знаци | австралопитек | Умен човек | Древни хора, питекантропи, синантропи | Древни хора, неандерталец | Нови хора (кроманьонци, съвременен човек) |
| Възраст | 5 милиона | 2-3 милиона | 2 милиона - 200 хиляди | 400-200 хиляди | 40-15 хиляди |
| Външен вид | Тегло до 50 кг, ръст до 170 см, ръце свободни, изправена стойка | Фалангите на пръстите на краката са сплескани, първият пръст не е поставен настрани | Ръст около 160 см, масивен кост, положение на тялото - приведено | Ръст 155-165 см, набити хора, ходеха леко приведени | Височината е около 180 см, физическият тип на съвременния човек |
| Обем на мозъка 3 см | 550-650 | 750 | 700-1200 | до 1400 | около 1600 г |
| Череп | Масивни челюсти, малки резци и зъби | Човешки тип зъби | Черепните кости са масивни, челото е полегато, веждите са изразени | Наклонено чело и тил, голям супраорбитален ръб, изпъкналост на брадичката слабо развита | Мозъчният череп преобладава над лицевия череп; няма непрекъснат супраорбитален гребен, умствената изпъкналост е добре развита |
| Инструменти | Системно използване на природни обекти | Изработване на примитивни инструменти | Изработка на добре изработени инструменти | Изработка на различни каменни сечива | Производство на сложни инструменти и механизми |
| начин на живот | Етапи, лов, събирачество | Сътрудничество по време на лов и групова защита | Социален начин на живот, поддържане на огън, примитивен говор | Колективни дейности, грижа за другите, напреднала реч | Реална реч, абстрактно мислене, развитие на селскостопанското и промишлено производство, технологии, наука, изкуство |
Изменчивостта е свойството на организмите да придобиват нови характеристики и особености на индивидуалното развитие под въздействието на околната среда. Има модификация и генотипна изменчивост.
Модифициращата променливост е способността на тялото да реагира на условията на околната среда, да се променя в нормалните граници на реакцията на тялото.
Наследствената изменчивост е способността за промяна на самия генетичен материал.
При всички форми на изменчивост има генетичен контрол и за настъпилите промени може да се съди само по фенотипа (по промените в характеристиките и свойствата на организма).
Модификациите се развиват в естествени условия на околната среда и са подложени на влиянието на фактори, срещани многократно в процеса на филогенеза, т.е. нормата на реакцията се е развила исторически.
Модификациите, които приличат на проявите на мутации в известни гени, се наричат фенокопия. Те са подобни на мутациите, но механизмът на възникването им е различен (катарактата може да бъде следствие както на мутация, така и на фенокопия).
Модификациите имат адаптивно значение и допринасят за адаптирането на организма към условията на околната среда и поддържат хомеостазата на тялото.
Проучването на модификационната променливост се извършва с помощта на двойния метод (относителната роля на наследствеността и околната среда в развитието на черта) и метода на вариационната статистика (изследване на количествени признаци).
Генотипната изменчивост е свързана с качествени и количествени промени в наследствения материал. Тя включва комбинирана и мутационна изменчивост.
1. Комбинативна изменчивост. Уникалността на всеки генотип се дължи на комбинираната изменчивост, която се определя от нови комбинации от генни алели в генотипа. Това се постига в резултат на 3 процеса: два от тях са свързани с мейозата, третият с оплождането.
2. Мутационна изменчивост. При мутационна променливост структурата на генотипа се нарушава, което се причинява от мутации. Мутациите са качествени, внезапни, устойчиви промени в генотипа.
Има различни класификации на мутациите.
Според степента на промяна в наследствения материал (генен, хромозомен, геномен);
По проява във фенотипа (морфологичен, биохимичен, физиологичен);
По произход (спонтанен, индуциран);
Според влиянието им върху живота на организма (смъртоносни, полулетални, условно летални);
По тип клетки (соматични и генеративни);
По локализация в клетката (ядрена, цитоплазмена).
Генните мутации са свързани с ДНК молекула - нарушение на нормалната нуклеотидна последователност, характерна за даден ген. Това може да бъде причинено от промяна в броя на нуклеотидите (делеция или вмъкване) или тяхната замяна.
Мутациите се появяват в генотипа с определена честота и често се проявяват фенотипно. Някои от тях са причина за генетични (молекулярни) заболявания. Тялото има механизми, които ограничават неблагоприятния ефект от мутациите: възстановяване на ДНК, диплоиден набор от хромозоми, дегенерация на генетичния код, повторение (амплификация) на някои гени.
Хромозомните мутации (аберации) се състоят от промени в структурата на хромозомите (интрахромозомни и междухромозомни).
Интрахромозомни мутации: делеции, дупликации, инверсии. При делеции и дупликации се променя количеството на генетичния материал, а при инверсии - местоположението му. При междухромозомни мутации възниква транслокация на наследствен материал, обмен на участъци между нехомоложни хромозоми.
Геномните мутации се състоят от промяна в броя на отделните хромозоми (хетероплоидия) или нарушение на геномния брой хромозоми (полиплоидия).
Хромозомните и геномните мутации са причините за хромозомните заболявания. Разработена е система за обозначаване на мутации (класификация на Денвър и Париж).
Мутациите са важни в онто- и филогенезата; те водят до появата на нови свойства на наследствения материал: генни мутации - появата на нови алели, хромозомни аберации - до образуването на нови групи на генно свързване, геномни мутации - нови генотипове. Те осигуряват фенотипно разнообразие на организмите.
Мутагенеза (процес на мутация)
Мутационният процес е процесът на възникване, формиране и прилагане на наследствени нарушения. В основата на мутационния процес са мутациите. Мутациите възникват както в естественото местообитание на организмите, така и при условия на целенасочено излагане на мутагени. В зависимост от това се разграничават спонтанна и индуцирана мутагенеза.
Спонтанната мутагенеза е спонтанен процес на мутации, възникващи под въздействието на природни фактори на околната среда. Съществуват няколко хипотези относно генезиса на спонтанните мутации: естествена радиация, наличие на гени-мутатори, определено съотношение на мутагени и антимутагени и др. Според съвременните данни мутациите възникват при нарушаване на процеса на репликация и възстановяване на ДНК.
Спонтанният мутационен процес се характеризира с определена интензивност (честота на генни, хромозомни и геномни мутации), непрекъснатост, ненасоченост и липса на специфичност; това е една от биологичните характеристики на вида (стабилност на генотипа) и се среща постоянно. Честотата на спонтанните мутации е обект на генетичен контрол (възстановяващи ензими) и паралелно на влиянието на естествения подбор (появата на нови мутации се балансира чрез тяхното елиминиране). Разбирането на моделите на спонтанната мутагенеза и причините за нейното възникване е необходимо за създаване на специални методи за наблюдение на мутациите с цел контрол на техния брой при хората.
Индуцираната мутагенеза е появата на мутации под въздействието на целенасочени специални фактори на околната среда - мутагени.
Различни мутагени от физическо, химическо и биологично естество имат способността да индуцират мутации, които предизвикват съответно радиационна, химическа и биологична мутагенеза.
Физични мутагени: йонизиращо лъчение, ултравиолетово лъчение, температура и др. Йонизиращото лъчение има пряк ефект върху гените (разкъсване на водородните връзки на ДНК, промени в нуклеотидите), хромозомите (хромозомни аберации) и геномите (промени в броя и наборите от хромозоми). Действието на радиацията се свежда до йонизация и образуване на свободни радикали. Различните форми на живите организми се характеризират с различна чувствителност към радиация.
Химическите мутагени (лекарства, никотин, алкохол, хербициди, пестициди, киселини, соли и др.) причиняват генни и по-рядко хромозомни мутации. Мутагенният ефект е по-голям за тези съединения, които могат да взаимодействат с ДНК по време на репликация.
Биологичните мутагени (вируси, живи ваксини и др.) причиняват генни мутации и хромозомни пренареждания. Мутагенният ефект е селективен за отделните гени.
При оценката на индуцираните мутации се вземат предвид индивидуалната и популационната прогноза. Всички видове мутагенеза са опасни, когато участват големи популации от хора.
За защита на живите организми от вредното въздействие на мутагените се използват антимутагени, организира се цялостна система за генетичен мониторинг и химичен скрининг.
Ремонт на генетичен материал
ДНК е много стабилна, която се поддържа от специална ензимна система под генетичен контрол, участва и в ремонта. Много увреждания на ДНК, които могат да се реализират под формата на мутации под въздействието на силни мутагени, се коригират чрез системи за възстановяване.
Генетичните различия в активността на ремонтните ензими определят различната продължителност на живота и устойчивостта на организмите към въздействието на мутагени и канцерогени. При хората някои заболявания (прогерия) са свързани с нарушаване на процеса на репликация и възстановяване на ДНК. Модел за изследване на генетичните механизми на възстановяване е заболяването пигментна ксеродерма. Известно е, че 90% от мутагените са и канцерогени. Има няколко теоретични концепции (теории) за канцерогенезата: мутационна, вирусно-генетична, онкогенна концепция и др.
Генетичен мониторинг
Човек влиза в контакт с различни химични вещества; не е възможно всяко да се тества за възможността за мутагенен (канцерогенен) ефект или генотоксичност, така че определени химични вещества се избират за тестване за мутагенност.
Изборът на конкретно вещество се определя от:
Разпространението му в околната среда на хората и контакт с тях от по-голямата част от населението (лекарства, козметика,
храни, пестициди и др.)
Структурно сходство с известни мутагени и канцерогени (нитрозо съединения, ароматни въглеводороди) За изпитване за мутагенност
Използват се няколко тестови системи (около 20 от 100 налични метода), тъй като Няма универсален тест за откриване на всички видове мутации в зародишните и соматичните клетки.
Използва се поетапен подход за тестване (първо върху микроорганизми, Drosophila и други обекти и едва след това върху човешки клетки).
Понякога е достатъчно да се използва една тестова система, за да се идентифицира мутагенността на дадено вещество и съответно невъзможността за неговото използване.
Генетичният мониторинг е система от дългосрочни популационни изследвания за контрол на мутационния процес при хората (проследяване на мутации). Състои се от:
Химически скрининг - експериментално изследване на мутагенността на химически съединения (мониторинг на мутации в тестови системи)
Директен анализ на честотите на генни мутации
Феногенетичен мониторинг.
Системата за тестване се състои от скрининг и пълна програма, чиято наличност се определя от степента на излагане на обществеността на химикала.
Учените... трябва да се чувстват отговорни за всички последствия от своите открития...
В И. Вернадски
Основната цел на генетичния мониторинг е да се идентифицират обемът и съдържанието на генетичния товар на всяко поколение човешки популации, както и количествените критерии за последствията от мутагенезата (количествени оценки на риска - QRA - и относителна генетична ефективност - RGE). Генетичният товар е онази част от наследствената изменчивост на популацията, която определя появата на индивиди, които селективно умират в процеса на естествен подбор.
История на откриването и изследването на мутациите
Концепцията и самият термин "мутация" се появяват в древни времена, през 2 век. н.е., по време на управлението на римския император Адриан. Поща, според нашето разбиране, тогава не е съществувала. Писмата се разнасяли до различни части на щата от пратеници – конни и пеши, които почивали и сменяли конете в крайпътните таверни. В латиница промяна - mutatio.
Систематичното изследване на мутациите в организмите започва едва през 1880 г. с работата на Hugo de Vries. Но много преди това вече са били отбелязани много повече или по-малко очевидни случаи на мутации. През 1590 г. в една от градините на Хайделберг расте растение, наречено голям жълтурчета ( Chelidonium majus) с ланцетни листа. В края на 17в. В Нова Англия (в Масачузетс) се появи овца с много къси извити крака и дълго тяло, която стана прародител на породата овце Ancona. Тези овце дори не можеха да прескочат ниски огради или каменни огради на пасища, така че не можеха да причинят щети на полетата. Такива овце не се нуждаят от овчари, кучета или високи огради. Икономическите ползи от отглеждането на породата Анкона са очевидни. След това дойде анкетираната крава, чиито ползи не се нуждаят от обяснение.
Ч. Дарвин е добре запознат със случаите на такива внезапни промени. За тях той предложи термина „смяна на единици“ или „спорт“.
Терминът „мутация“ в съвременния му смисъл е предложен от Хуго де Врис в неговия класически труд „Теория на мутациите“ (1890 г.). Основният обект на неговите изследвания е растението вечерна иглика. Едновременно с руския изследовател S.I. Коржински, той откри един екземпляр сред вечерните иглики, който беше значително по-голям от останалите. В продължение на пет години ученият наблюдава развитието на тази вечерна иглика. Всички потомци на този модифициран (мутант) организъм запазиха „гигантизма“ - бяха високи, с голям брой листа и стъбла. De Vries откри и други мутантни форми на вечерна иглика - ниски на ръст, по-деликатни като структура, някои бяха много слаби, докато други бяха много силни. Плодовете на растенията също се различаваха: при някои растения те бяха подобни на плодовете на майчиния вид, при други бяха по-къси и по-дебели, при трети бяха по-тънки и по-дълги.
De Vries изненадващо правилно формулира концепцията за мутация: феноменът на спазматични, прекъснати промени в наследствена черта. С.И. Коржински, след като прегледа огромно количество архивни ботанически материали, стигна до подобно заключение: „появата на нови форми е явление, общо за целия свят на живите същества, а наследствените промени винаги се случват скокообразно, а не постепенно. ” Съвременната дефиниция включва понятията на молекулярната биология: мутацията е внезапна качествена промяна в структурата на ДНК в един локус (генетична) или промяна в броя или микроструктурата на хромозомите (хромозомна).
Изследването на мутациите се извършва върху модели на експериментално предизвикани мутации и освен това внимателно се изследват случаи на вродени аномалии при деца, генетични заболявания и др.
Опитите за изкуствено предизвикване на мутации са направени от Л. Пастьор, който конструира специален апарат, с помощта на който се надява да наруши наследствеността. Други изследователи се опитаха да предизвикат мутации, използвайки химически съединения и резки промени в температурата. За съжаление тези произведения не само не получиха признание, но и нямаха значение, тъй като по това време нямаше метод за определяне на честотата на мутациите или за разграничаване на истинските мутации от простото разделяне на знаци.
Едва през 1925 г. нашите сънародници Г.А. Надсон и Г.С. Филипов постигна успех: в техните експерименти облъчването на дрожди с рентгенови лъчи значително увеличи честотата на мутациите. Две години по-късно, през 1927 г., американският учен Г. Мьолер получава подобен резултат чрез облъчване на плодовата муха Drosophila, класически обект на генетични изследвания. През същата година в Берлин се проведе V Международен конгрес по генетика, на който съобщението на Г. Мьолер стана сензация: рентгеновите лъчи предизвикаха 150-кратно увеличение на честотата на мутациите.
Девет години по-късно американският учен Т. Морган продължава да изучава радиационната мутагенеза върху дрозофила. Скоро, чрез съвместните усилия на генетици от цял свят, бяха идентифицирани повече от 500 мутации, причинени от радиация. През 1946 г. Г. Мьолер е удостоен с Нобелова награда за работата си в тази област. По този начин е доказано, че йонизиращото лъчение има силен мутагенен ефект.
Мина много малко време и през 1955–1958 г. учени от нашата страна, ръководени от академик Н.П. Дубинин, оценявайки генетичния ефект на радиацията, установи, че доза от 10 rad (10 rem) удвоява честотата на мутациите в човешките фибробластни клетки
(в културата). Тази стойност беше приета като максимално допустима доза от Научния комитет по радиация и след това одобрена от Общото събрание на ООН (Женева).
Изследванията на мутагенния ефект на химичните съединения също започнаха доста отдавна. Първата експериментална работа е извършена от нашите сънародници - известни учени В.В. Сахаров и M.E. Лобашев през 1934 г. Те показаха, че действието на химични съединения предизвиква увеличаване на честотата на мутациите в клетките на елдата. По-късно И.А. Rappoport в СССР и S. Auerbach във Великобритания откриват мощни химически мутагени и ги наименуват супермутагени.
През 1946 г. I.A. Rappoport открива, че когато ларвите на Drosophila са били изложени на формалдехид в сублетална доза, възникват 47 летални мутации (на 794 хромозоми), които са свързани с пола. В контролната група е открита само една мутация на 833 хромозоми.
S. Auerbach и D. Robson показаха, че под въздействието на серни и азотни аналози на иприт (иприт) върху Drosophila, честотата на свързаните с пола мутации се увеличава от 0,2% (контрола) на 24%. Впоследствие тези автори откриват, че тези вещества причиняват както хромозомни пренареждания, така и всички видове директни и обратни точкови мутации. Сравненията на ефектите на химични вещества (иприт, формалдехид и уретан) с радиационна експозиция, извършени от английски учени, не разкриха фундаментални разлики в естеството на предизвиканите промени: химичните съединения, подобно на радиационната експозиция, предизвикват както генни, така и хромозомни мутации.
Впоследствие беше показано, че голям брой изкуствено синтезирани вещества са мутагени и канцерогени. Това откритие доведе до заключението, направено през 70-те години. миналия век, професор по медицинска генетика в Университета на Уисконсин, Крю: „Има всички основания да се тревожим, че някои химикали могат да бъдат толкова опасни, колкото радиацията, и дори повече.“
През 1960г Направен е първият опит да се класифицират химичните мутагени според тяхната структура и действие.
Спонтанна и индуцирана мутагенеза при хора под въздействието на мутагени от околната среда
Процесът на спонтанна мутация в ДНК на хромозомите на зародишните и соматични клетки на хора, животни, растения и микроорганизми е настъпил през цялата история на живота на Земята. В резултат на това някои зиготи умират на етапа на зародиш, а някои новородени се появяват с дефекти.
Следва продължение
Зареждане...