Томас Морган, вклад в развитие биологии

               ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

         ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ  УЧРЕЖДЕНИЕ

             ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

     « БАШКИРСКИЙ  ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ 

                      УНИВЕРСИТЕТ им. М.АКМУЛЛЫ»

             ЕСТЕСТВЕННО-ГЕОГРАФИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

 

Кафедра биологии и биологического образования

Направление: магистратура – биология, 1 курс

 

 

 

                               РЕФЕРАТ

 

                          Хасановой Алины Альбертовны

 

    « Томас Морган, вклад в развитие биологии»                                           

 

Написала: Хасанова А. А. 

                  

 

 

 

 

                                                

                                                    Уфа 2010

                                          СОДЕРЖАНИЕ:

 

 

 

Введение

 

1. Биография ученого

 

2. Ранние работы Т. Моргана

 

3. Моргановская мушка

 

4. Формирование хромосомной теории наследственности

 

Заключение

 

Литература

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                              ВВЕДЕНИЕ

 

        В тридцатые годы прошлого века Н.И. Вавилов писал: «Законы Менделя и Моргана легли в основу современных научных представлений о наследственности, на которых строится селекционная работа как с растительными, так и с животными организмами… Среди биологов XX века выделяется Томас Хант Морган (1866-1945) - американский биолог, один из основоположников генетики, иностранный член-корреспондент РАН (1923) и иностранный почетный член АН СССР (1932), президент Национальной АН США (1927-31), блестящий генетик-экспериментатор, исследователь исключительного диапазона». Работы Моргана и его школы (Герман Джозеф Меллер, Алфред Генри Стертевант и другие) обосновали хромосомную теорию наследственности; установленные закономерности расположения генов в хромосомах способствовали выяснению цитологических механизмов законов Менделя Грегора Менделя и разработке генетических основ теории естественного отбора. Получил Нобелевскую премию в 1933 году.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                           1. БИОГРАФИЯ

 

       Томас Гент Морган родился 25 сентября 1866 года в Лексингтоне, штат Кентукки. Его отец Чарльтон Гент Морган, консул США на Сицилии, был родственником знаменитого магната Дж.П. Моргана, мать — Эллен Кей Морган. С детства Томас проявлял интерес к естествознанию. Он поступает в университет в Кентукки и заканчивает его в 1886 году. Летом, сразу после окончания учебы, он поехал на морскую станцию в Эннисквам на побережье Атлантики, севернее Бостона. Это был последний год существования местной лаборатории (2).  
       На следующий год группа, которая организовала эту лабораторию и ею руководила, приехала в Вудс-Хол. В Эннискваме Томас впервые познакомился с морской фауной. Это знакомство захватило его, и с тех пор изучение морских форм привлекало его особый интерес в течение всей жизни. 
      Свою дипломную работу он сделал под руководством Вильяма Кейта Брукса, морского биолога. Брукс был превосходным учителем, воспитавшим целое поколение выдающихся американских зоологов. В 1888 году Морган перебирается в Вудс-Хол, а летом этого же года стал работать на Государственной станции рыболовства. В 1890 году Томас возвратился в Вудс-Хол на Морскую биологическую станцию, и все дальнейшие годы своей жизни большей частью проводил лето именно здесь. В том же году Морган сменил на посту руководителя отдела Брайн-Маур-Колледже. В 1897 году его избрали одним из попечителей морской станции, и он оставался им всю свою жизнь. То был год, когда станция и управление ею были захвачены «младотурками», и Морган оказался одним из новых попечителей, избранным в этот переломный период. Тогда же на станции появился Вильсон из Чикагского университета (4). 
       Именно Вильсон в 1904 году убедил его занять профессорскую кафедру в Колумбийском университете. В течение двадцати четырех лет они работали в очень тесном общении. 
       Подобно большинству биологов-зоологов того времени, Морган был образован в области сравнительной анатомии и особенно описательной эмбриологии. Его диссертация касалась эмбриологии одного из видов морских пауков и сделана на материале, который он собирал в Вудс-Холе. Эта работа базировалась на данных описательной эмбриологии с выводами, простирающимися в область филогении. 
       Морган, подобно некоторым своим современникам из университета Джона Гопкинса, находился под сильным влиянием X. Ньюэлла Мартина, который был физиологом и учеником Т.Г. Гексли. Вероятно, от него Морган приобрел свою склонность к физиологическим подходам в биологии. Он рано почувствовал интерес к экспериментальной эмбриологии (5). Два лета Морган провел на Неаполитанской биологической станции, куда первый раз поехал в 1890 году, а затем в 1895-м. Здесь он познакомился и сошелся со многими из тех, кто способствовал развитию экспериментальной эмбриологии: с Дришем, Бовери, Дорном и Гербстом. Хотя Морган был уже и сам экспериментальным эмбриологом, но именно это общение направило его интересы по-настоящему в эту сторону. Они образовали группу исследователей, весьма активных как за рубежом, так и в США То было волнующее время, так как ко всему у ученых был новый подход и постоянно возникали новые вопросы.  
       Проблемы, над решением которых Морган и другие эмбриологи тогда трудились, касались того, в какой степени развитие зависит от специфических формативных веществ, предположительно присутствующих в яйце, или испытывает их влияние. Как такие формативные вещества участвуют в развитии и каким образом они функционируют? Занимался молодой ученый и физиологическими исследованиями, но настоящую славу ему принесла генетика.  
        В конце XI века Морган побывал в саду Гуго де Фриза в Амстердаме, где он увидел дефризовские линии энотеры. Именно тогда у него проявился первый интерес к мутациям. Сыграл свою роль в переориентации Моргана и директор биостанции в Вудс-Холе Уитмен, который был генетиком-экспериментатором. Он многие годы посвятил изучению гибридов между разными видами горлиц и голубей, но никак не желал применять менделевский подход. Это понятно, так как у голубей в этом случае получается, мягко выражаясь, мешанина. Странные признаки, не дающие красивое соотношение 3:1, смущали Моргана, и до поры до времени и он не видел выхода. 
       Таким образом, до 1910 года Морган, скорее мог считаться антименделистом. В том году ученый занялся изучением мутаций — наследуемых изменений тех или иных признаков организма. 
       Морган проводил свои опыты на дрозофилах (4), мелких плодовых мушках. С его легкой руки они стали излюбленным объектом генетических исследований в сотнях лабораторий. Их легко раздобыть, они водятся повсеместно, питаются соком растений, всякой плодовой гнильцой, а личинки поглощают бактерии. Энергия размножения дрозофил огромна: от яйца до взрослой особи десять дней. Для генетиков важно и то, что дрозофилы подвержены частым наследственным изменениям; у них мало хромосом (всего четыре пары), в клетках слюнных желез мушиных личинок содержатся гигантские хромосомы, они особенно удобны для исследований. 
       С помощью мушки генетика к настоящему времени сделала множество открытий. Известность дрозофилы столь велика, что на английском языке издается ежегодник ей посвященный, содержащий обильную разнообразную информацию (2). 
       Приступив к своим опытам, Морган вначале добывал дрозофил в бакалейных и фруктовых лавках, благо лавочники, которым мушки досаждали, охотно разрешали чудаку ловить их. Потом он вместе с сотрудниками стал разводить мушек в своей лаборатории, в большой комнате, окрещенную «мушиной». Это была комната размером в тридцать пять квадратных метров, в которой помещалось восемь рабочих мест. Там же варили корм для мух. В комнате обычно сидели, по меньшей мере, пять работающих. 
       Сейчас ясно, что экспериментальная техника Моргана была просто неподходящей для того, чтобы обнаружить то увеличение в частоте мутирования, которое должно было бы происходить под влиянием радия. Тем не менее ученый получил мутации, начал их изучать, и все дальнейшее проистекло от этих, предположительно, спонтанных мутаций. Первой из этих мутаций, не первой из найденных, но первой, действительно имевшей большое значение, был признак белых глаз, который оказался сцеплен с полом. Это было крупное открытие. 
        С 1911 года Морган и его соратники начали публиковать серию работ, в которых экспериментально, на основе многочисленных опытов с дрозофилами, доказывалось, что гены — это материальные частицы, определяющие наследственную изменчивость, и что их носителями служат хромосомы клеточного ядра (5). Тогда и была сформулирована в основных чертах хромосомная теория наследственности, подтвердившая и подкрепившая законы, открытые Менделем. 
       Один из соратников ученого Альфред Стёртевант вспоминал: «Боюсь, что я не смогу дать представление об атмосфере, царившей в лаборатории. Я думаю, это было нечто такое, что нужно пережить, чтобы полностью оценить. Одним из крупнейших достоинств этого места было присутствие обоих — и Моргана, и Вильсона. Так студенты, специализирующиеся у одного из них, очень часто видели другого. Они дополняли друга в целом ряде отношений и были большими друзьями. В первые годы работы в Колумбийском университете мы кормили дрозофилу бананами, и в углу комнаты всегда висела большая связка бананов. Комната Вильсона находилась через несколько дверей от нашей, по коридору. Он очень любил бананы, так нашлась еще одна побудительная причина часто посещать «мушиную комнату». 
        В течение всего этого времени Морган регулярно приезжал в Вудс-Хол. Это, однако, не означало перерыва в опытах с дрозофилами Все культуры упаковывались в бочонки — большие бочонки из-под сахара, и отправлялись пароходом-экспрессом. То, что вы начинали в Нью-Йорке, вы заканчивали Холе, и наоборот. Мы всегда приезжали водой- это было время, когда пароходная линия Фолл-Ривер-Лайн была в действии, а Морган всегда занимался всевозможными опытами, не имевшими ничего общего с работой на дрозофиле. Он разводил цыплят, крыс и мышей, выращивал разные растения. И все это переносилось вручную, и грузилось на судно Фолл-Ривер-Лайн, а потом привозилось назад в Нью-Йорк. 
        А когда Морган попадал сюда, он с головой погружался в работу с морскими формами, в эмбриологию того или иного сорта, даже несмотря на то, что работа с дрозофилой тем временем активно двигалась вперед. Таков был моргановский стиль работы — он не чувствовал себя счастливым, если не ковал из горячего одновременно несколько вещей» (9). 
       Морган происходил из аристократической семьи, но был лишен какой бы то ни было заносчивости или снобизма. 
       Когда к Моргану приехал русский ученый Николай Вавилов, он хорошо знал работы колумбийской лаборатории. Вавилову казалось маловероятным, что гены могут располагаться в хромосоме, как бусы на ниточке, и такое представление казалось ему механистическим. 
       Все это Вавилов и высказал Моргану, ожидая резких, даже, возможно, в высокомерном тоне высказанных возражений со стороны всемирно известного генетика. Николай Иванович, конечно, не мог знать особенностей характера знаменитого ученого. Выслушав внимательно Вавилова, Морган вдруг сказал, что представление о том, будто гены расположены в хромосоме линейно, ему самому как-то не по душе. Если кто-нибудь добудет доказательства, что это не так, он с готовностью их примет. 
        Была ли в этом ответе Моргана присущая ему доля скрытой иронии, ведь американец любил подразнить, любил разыграть. Один из его друзей-ученых признался, что зачастую спорил с Морганом, но всякий раз, когда он начинал думать, что его доводы взяли верх, то внезапно обнаруживал, что, сам не понимая, как это произошло, приводит аргумент с противоположной, проигрывающей стороны. Вот так умел устроить гениальный ученый. 
       Но, с другой стороны, Морган всегда был доброжелателен, всегда готов помочь, и если вы хотели с ним что-либо серьезно обсудить, будь то научные или личные вопросы, он всегда готов был оказать поддержку. 
        В 1928 году Морган перешел в Калифорнийский технологический институт с тем, чтобы организовать новый биологический отдел. Что его интересовало в этом предприятии, так это возможность организовать отдел, как он того хотел, и притом в институте, где на высоте находилась физика и химия, где царила исследовательская атмосфера и где работа со студентами была направлена на то, чтобы вырастить из них исследователей (8). Морган оставался в институте до самой своей смерти, но каждое лето он регулярно возвращался в Вудс-Ход. Ученики Моргана за десяток лет успели изучить триста поколений дрозофил. 
       В тридцатые годы Вавилов писал: «Законы Менделя и Моргана легли в основу современных научных представлений о наследственности, на которых строится селекционная работа, как с растительными, так и с животными организмами... Среди биологов XX века Морган выделяется как блестящий генетик-экспериментатор, как исследователь исключительного диапазона». 
       Умер Морган 4 декабря 1945 года.

 

 

 

 

 

 

 

 

                2. РАННИЕ РАБОТЫ МОРГАНА

 

        Томас Хант Морган с детства питал интерес к естествознанию и точным наукам; во время летних каникул он с энтузиазмом обследовал сельскую местность, находя и принося в дом окаменелости, собрал коллекцию различных видов птиц. Позже он в течение двух летних сезонов проводил геологические и биологические изыскания в горах Кентукки, работая в экспедиции Геологической службы Соединенных Штатов.В 1886 г. он получил степень бакалавра наук в Государственном колледже штата Кентукки (ныне университет)(7). Моргана особенно интересовала эволюция видов. Согласно господствующей теории, дарвинской концепции естественного отбора, внутри популяции существует определенная широта изменчивости каждого признака. Благодаря наследованию признаков внутри популяции влияние окружающей среды обеспечивает такое распределение признаков в ряду поколений, которое способствует выживанию отдельных представителей вида. В то время, когда Морган завершал свою первую научную работу, практически ничего не было известно о фактическом механизме наследования, а общепринятая методика изучения эволюции и наследственности состояла в том, чтобы, изучая морфологию и физиологию (физическую форму и функции) представителей разных видов, попытаться сделать вывод о причинах их сходства или различия. Важной составной частью таких исследований было изучение эмбрионального развития. В соответствии с этой практикой Морган также начал изучать морфологию и физиологию, когда поступил в 1887 г. в Университет Джонса Хопкинса. Через три года он получил степень доктора философии за исследования по эмбриологии морских пауков (9). В 1891 г. он стал адъюнкт-профессором биологии в Брин-Майровском колледже, будучи к этому моменту прекрасно знакомым со сравнительными и описательными методами. Однако, подобно дарвинской теории, эти методы не давали никакого объяснения наследственной передаче признаков. Поэтому Морган обратился к экспериментальным методикам, надеясь, что точные и поддающиеся проверке результаты опытов в конце концов дадут ответ на нужный вопрос. В 1897 г., изучая способность некоторых животных восстанавливать утраченные части тела – черту, по-видимому тесно связанную с успешным выживанием особи, – он опубликовал первую из серии своих статей на эту тему, которую продолжал развивать на протяжении всей жизни. В своем первом специальном труде «Регенерация» («Regeneration», 1901) он подчеркнул взаимосвязь между явлениями регенерации и ранним эмбриональным развитием (2). В 1904 г. Морган был назначен профессором экспериментальной зоологии Колумбийского университета. Его ранние работы, сделанные в стенах этого учреждения, были по-прежнему посвящены экспериментальной эмбриологии.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                   3. МОРГАНОВСКАЯ МУШКА

 

        В 1902 биолог У.Саттон предположил, что единицы наследственности (гены) размещаются внутри или на поверхности структур клеточного ядра, называемых хромосомами. Морган был с этим не согласен, считая, что хромосомы представляют собой продукты ранней стадии развития организма. Ему больше нравилась идея, высказанная голландцем Гуго де Фризом, о том что новый вид образуется в результате мутаций. Для того чтобы подтвердить эту гипотезу, Томас Морган стал искать удобный объект для исследований. Ему нужно было неприхотливое животное с быстрым жизненным циклом (1). 
        Еще в 1900–1901 К.В.Вудворт изучал дрозофилу в качестве подопытного материала и первым высказал предположение, что дрозофила может быть использована в генетических исследованиях, в частности, для изучения близкородственнного размножения. У дрозофилы всего 4 пары хромосом, она начинает размножаться через две недели после своего появления на свет и после 12 дней приносит потомство в 1000 особей. Ее легко изучать в течение жизни, продолжительность которой составляет всего 3 месяца. Вдобавок она почти ничего не стоит. С дрозофилой работали также В.Е.Кастл и Ф.Е.Лутц, которые предложили Моргану работать с плодовой мушкой. 
        С 1908 года Морган начал наблюдения за дрозофилой, которая идеально подходила для изучения наследственности. Моргановская fly - room (мушиная комната) (6) в Колумбийском университете стала легендарной. Во множестве банок и бутылок выводились из личинок и отдавали себя науке мириады мух. Бутылок все время не хватало, и, если верить сказанию, то ранним утром по пути в лабораторию Морган и его студенты похищали бутылки для молока, которые манхэттенские жители выставляли вечером за двери. Выращивая мух в стеклянных банках и наблюдая их под микроскопом, Морган обнаружил появление кроме обычных красноглазых мух, белоглазых, желтоглазых и даже мух с розовыми глазами. За десять лет было обнаружено множество различных мутантов у дрозофилы. 
Морган скрещивал мух, следя за огромным количеством признаков: цветом глаз, окрасом туловища, неодинаковым числом щетинок, разнообразной формой и величиной крыльев. Анализируя результаты наблюдений, Томас Морган пришел к выводу, что ряд качеств передается потомкам в совокупности (8). Это позволило высказать гипотезу о том, что гены разбросаны не по всей клетке, а сцеплены в некие островки. У плодовой мушки всего четыре пары хромосом. Соответственно, у Моргана получилось деление наследственных признаков дрозофилы на четыре группы. Он пришел к выводу, что гены локализуются в хромосомах. В каждой хромосоме расположены сотни генов, организованных в цепочки. Томас Морган показал, что чем больше расстояние между двумя генами, тем больше вероятность разрыва цепи. Это означало, что далеко расположенные гены не могут наследоваться вместе. И, напротив, близко стоящие гены реже разделяются. Профессор Томас Морган и его коллеги установили, что величина линейного расстояния между генами может характеризовать степень сцепления генов. Открытия Моргана позволили утверждать, что наследственность может быть описана точными количественными методами.                      Исходя из своей теории, Томас Морган составил карту расположения генов в хромосомах дрозофилы. Одним из важных открытий является «зависимость» определенных мутаций от пола (Морган называл этот феномен «сцеплением» генов): белые глаза у дрозофил передавались только мужским особям. Так были открыты половые хромосомы (1). 
        Обработав большое количество информации, Морган пришел к интересным выводам: гены, расположенные на одной хромосоме, наследовались вместе гораздо реже, чем этого можно было ожидать. 
Первую статью о дрозофиле Морган опубликовал в 1910-м году, но в полную силу его аргументы были изложены в 1915-м, когда его ученики - Стертевант, Бриджес и Меллер, выпустили книгу Механизмы менделевской наследственности, в которой объявили, что наследственность подчиняется вполне определенным законам, и ее можно описать точными количественными методами (6). Тем самым открывалась дорога к целенаправленному конструированию новых сортов растений и пород животных, к революции в медицине и в сельском хозяйстве. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

          4. ФОРМИРОВАНИЕ ХРОМОСОМНОЙ ТЕОРИИ                         НАСЛЕДСТВЕННОСТИ

 

Человеческая жизнь на Земле подчиняется множеству законов, положений и теорий. Огромное число законов и теорий помогают нам раскрыть некоторые тайны природы, познать то, что ранее было загадкой, понять сущность биологических закономерностей. Одной из таких важнейших теорий познания жизни на Земле является хромосомная теория наследственности Томаса Моргана.

Теория, согласно которой хромосомы, заключённые в ядре клетки, являются носителями генов и представляют собой материальную основу наследственности, т.е. преемственность свойств организмов в ряду поколений определяется преемственностью их хромосом. Теория возникла в начале 20 в. на основе клеточной теории и использования для изучения наследственных свойств организмов гибридологического анализа.

Хромосомная теория наследственности является неотъемлемым звеном, которое  «вооружает» любого цитогенетика. Данная теория развивается в направлении углубления знаний об универсальных носителях наследственной информации — молекулах дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) (3). Установлено, что непрерывная последовательность пуриновых и пиримидиновых оснований вдоль цепи ДНК образует гены, межгенные интервалы, знаки начала и конца считывания информации в пределах гена; определяет наследственный характер синтеза специфических белков клетки и, следовательно, наследственный характер обмена веществ.

Хромосомная теория наследственности, объясняя закономерности наследования признаков у животных и растительных организмов, играет важную роль в сельскохозяйственной науке и практике. Она вооружает  селекционеров методами выведения  пород животных и сортов растений с заданными свойствами. Некоторые  положения хромосомной теории позволяют  более рационально вести сельскохозяйственное производство. На знании закономерностей хромосомных перестроек основывается изучение наследственных заболеваний человека, поэтому совершенствование знаний по столь важной теории является наиболее актуальной на современном этапе развития жизни на Земле. 

 В 1902 У. Сеттон в США, обративший внимание на параллелизм в поведении хромосом и менделевских т. н. «наследственных факторов», и Т. Бовери в Германии выдвинули хромосомную гипотезу наследственности, согласно которой менделевские наследственные факторы (название впоследствии генами) локализованы в хромосомах (4). Первые подтверждения этой гипотезы были получены при изучении генетического механизма определения пола у животных, когда было выяснено, что в основе этого механизма лежит распределение половых хромосом среди потомков. Дальнейшее обоснование Х. т. н. принадлежит американскому генетику Т. Х. Моргану, который заметил, что передача некоторых генов (например, гена, обусловливающего белоглазие у самок дрозофилы при скрещивании с красноглазыми самцами) связана с передачей половой Х-хромосомы, т. е. что наследуются признаки, сцепленные с полом (у человека известно несколько десятков таких признаков, в том числе некоторые наследственные дефекты — дальтонизм, гемофилия и др.).