Bez względu na złożoność struktury obiektu biologicznego, czy to bakteria, alga, zwierzę bezkręgowe czy człowiek, całkowita liczba wszystkich oznak każdego organizmu jest znacznie większa niż jego skład chromosomowy. Od połowy XX wieku nauka wie, że takie cechy rośliny, zwierzęcia czy mikroorganizmu, jak kolor i kształt ciała, wielkość kończyn, charakterystyka metabolizmu, są zakodowane w regionach chromosomowych - genach. Ile genów ma każdy chromosom, w jakiej kolejności się w nim znajdują, jak są dziedziczone? Na te fundamentalnie ważne pytania odpowiedziało prawo Morgana, które przestudiujemy w naszym artykule.
Dlaczego niektóre cechy są dziedziczone razem?
Obserwacyjni genetycy, wykorzystując w swoich badaniach klasyczne wzorce odkryte w XIX wieku przez Mendla, stanęli przed trudnymi do rozwiązania problemami. Stosując więc prawo samodzielnego dziedziczenia cech, naukowcy nie potrafili wyjaśnić, że roślina ma lwiąGardło ciemnoczerwony kolor korony prawie zawsze towarzyszy ciemnozielonemu kolorowi łodygi. W naturze burgundowa korona i kolor sałaty łodygi tej rośliny z rodziny wargowatych są niezwykle rzadkie.
W prawidłowym wyjaśnieniu tego zjawiska pomogło prawo powiązania Morgana, amerykańskiego genetyka, który dokonał przełomu w zrozumieniu mechanizmów dziedziczenia genów.
Chromosomowa teoria dziedziczności
Po tym, jak większość naukowców uznała względny charakter stosowania wzorców mendlowskich, pojawiło się pytanie, jak wytłumaczyć fakt jednoczesnego dziedziczenia u potomków dwóch lub więcej cech otrzymanych od rodziców. Thomas Gent Morgan zaproponował ideę liniowego ułożenia dziedzicznych skłonności w chromosomie. Udowodnił, że sąsiadujące segmenty DNA w procesie mejozy przechodzą razem do tej samej gamety i nie rozchodzą się na różne komórki rozrodcze. Naukowiec nazwał to zjawisko sprzężeniem genów, a prawo Morgana zostało nazwane prawem powiązanego dziedziczenia.
Genetyk połączył liczne zebrane dane eksperymentalne w spójną teorię naukową. Odzwierciedla to wyniki eksperymentów, a mianowicie: udowodniono, że geny znajdują się w chromosomie jak paciorki, liniowo jeden po drugim. Dzięki prawu Morgana biologia otrzymała dowody na to, że każdy niehomologiczny chromosom zawiera swój własny, unikalny skład dziedziczny. Ponadto pomysł naukowca, żekilka genów zlokalizowanych w sąsiednich loci jest dziedziczonych razem, a liczba takich kompleksów jest równa haploidalnemu zestawowi chromosomów. Tak więc w ludzkim kariotypie istnieją 23 grupy sprzężenia genów.
Historia odkrycia prawa Morgana
Biologia zna wiele przykładów na to, jak odpowiednio dobrany żywy obiekt do eksperymentów w przyszłości całkowicie zdeterminował pomyślny przebieg badań naukowych. Podobnie jak Mendel, Morgan przeprowadził w swoim laboratorium tysiące eksperymentów. Jednak dla nich wybrał nie roślinę, która w swoim masywnym kariotypie zawiera setki genów, ale owada – muszkę owocową Drosophila.
Tylko cztery pary jej chromosomów były doskonale widoczne pod mikroskopem, a ich prosty skład genów był łatwy do zbadania i zbadania. Eksperymenty amerykańskiego genetyka opierają się na krzyżowaniu organizmów rodzicielskich Drosophila, które różniły się od siebie kolorem ciała i kształtem skrzydeł. Wszystkich powstałych potomków krzyżowano następnie tylko z muchami, które miały czarny kolor i krótkie, słabo rozwinięte skrzydła, tj. przeprowadzono analizę krzyżową. Jakie były wyniki? Nie pokrywały się one z żadnym ze znanych postulatów genetycznych, gdyż niektóre muchy pojawiły się u potomstwa o kombinacjach cech: szary odwłok - słabo rozwinięte skrzydła i czarne ciało - normalne skrzydła. Naukowiec zasugerował, że sekcje DNA kontrolujące oznaki koloru i kształtu skrzydeł znajdują się w pobliżu u owadów tego gatunku - są połączone w tym samym chromosomie. Pomysł ten został dalej wyrażony w prawie Morgana.
Przejście przez
W profazie pierwszego podziału mejozy można zaobserwować niezwykły obraz: wewnętrzne chromatydy chromosomów siostrzanych wymieniają między sobą loci - sekcje. Im bliżej znajdują się geny, tym mniej zachodzi wymiana - krzyżowanie. Dlatego jeden z zapisów prawa Morgana mówi, że częstotliwość wymiany między genami jest odwrotnie proporcjonalna do odległości między nimi, mierzonej w morganidach. Przejście wyjaśnia tak ważne zjawisko, jak zmienność dziedziczna. Rzeczywiście, potomstwo jakiejkolwiek pary rodzicielskiej nie wygląda jak klon, który całkowicie kopiuje cechy ojca lub matki. Posiada swoje unikalne właściwości, które decydują o jego indywidualności.
Znaczenie dzieł Thomasa Morgana
Sformułowanie prawa Morgana, które zawiera podstawowe postulaty, które rozważaliśmy, jest szeroko stosowane w genetyce teoretycznej. Na tym opiera się cała praca hodowlana. Obecnie niemożliwe jest opracowanie nowej rasy odmiany zwierząt lub roślin bez wcześniejszego przewidzenia możliwych kombinacji ich oczekiwanych przydatnych cech lub właściwości.
Tworzenie map chromosomalnych organizmów, z uwzględnieniem zapisów teorii dziedziczności, pomaga lekarzom zajmującym się genetyką medyczną z wyprzedzeniem zidentyfikować wadliwe geny i z dużą dokładnością obliczyć ryzyko patologii u nienarodzonego dziecka.
