Биология → Что такое проект «Геном человека»?

Проект «Геном человека» стартовал в США в 1990 году при поддержке Департамента энергетики и Национального института здоровья. Первоначально планировалось осуществить его за 15 лет; однако благодаря усовершенствованию методов исследования и технологий дата окончания проекта сдвинулась на 2003 год. Основными целями проекта являлись идентификация всех генов (т.е. около 30 000), содержащихся в ДНК человека; расшифровка последовательности примерно трех миллиардов пар оснований, составляющих ДНК; создание базы данных, содержащей эту информацию; усовершенствование методов анализа; распространение разработанных технологий в научной среде; выработка решения этических, юридических и социальных проблем, связанных с реализацией данного проекта. Задача заключалась не только в том, чтобы точно определить расположение конкретных генов, но и в том, чтобы расшифровать биохимическую информацию, определив последовательность «букв» генома. Это четыре базовых элемента, называемых нуклеотидами: А (аденин), Ц (цитозин), Г (гуанин) и Т (тимин). Нуклеотиды образуют пары в составе двойной спирали ДНК, и количество этих пар в ДНК человека достигает 3 миллиардов. Расшифровка генома человека стала крупнейшим научным событием нашего времени. Она позволит по-новому взглянуть на нашу общую историю и на индивидуальность каждого человека. Открываются огромные возможности для диагностики, лечения и предотвращения заболеваний. Ни одно научное достижение со времен открытия Уотсоном и Криком структуры ДНК не вызывало такой бурной реакции в мире.
Читать далее «Биология → Что такое проект «Геном человека»?»

Биология → Как происходила эволюция человека?

Предполагается, что линия современного человека (Homo sapiens) начинается от Homo habilis — примитивного человека ростом около 1,5 м, занимавшегося охотой. Он, как полагают, являлся потомком австралопитека. Примерно в начале Плейстоцена (2 миллиона лет назад) Homo habilis трансформировался в Homo erectus (Яванского человека), который пользовался огнем и имел зачатки культуры. В середине Плейстоцена (120 000 — 40 000 лет назад) популяция Homo erectus по данным исследователей эволюционировала в направлении Homo sapiens (неандертальцы, кроманьонцы и современные люди). Предшественники современного Homo sapiens строили жилища и изготавливали одежду.
Читать далее «Биология → Как происходила эволюция человека?»

Биология → Какие ученые совершили крупные открытия в области клеточной биологии и что такое клеточная теория?

Роберт Хук (1635—1703) был первым человеком, наблюдавшим в конце XVII века клетки — сначала на срезе пробки, затем на срезах костей и в растительных образцах. В 1824 году Генри Дютро (1776— 1847) предположил, что растения и животные имеют сходную клеточную структуру. Роберт Браун (1773—1858) открыл в 1831 году клеточное ядро; примерно в это же время Маттиас Шляйден (1804—1881) дал название ядрышку (внутриядерной структуре, которая, как сейчас известно, участвует в создании рибосом). Шляйден и Теодор Шванн (1810—1882) сформулировали в 1839 году клеточную теорию; Шляйдену принадлежит утверждение, что клетки являются базовыми единицами строения растений, а Шванн распространил это утверждение и на животных. Роберт Ремак (1815—1865) был первым, кто описал деление клетки; это произошло в 1855 году. В 1888 году Вильгельм фон Вальдейен-Хартц (1836—1921) впервые наблюдал в ядре клетки хромосомы и дал им название. Уолтер Флеминг (1843— 1905) был первым, кому удалось проследить поведение хромосом в течение всего процесса клеточного деления.
Подробнее об открытиях в клеточной биологии можно узнать здесь.
Читать далее «Биология → Какие ученые совершили крупные открытия в области клеточной биологии и что такое клеточная теория?»

Биология → Кого считают основателем биохимии?

Отцом биохимии называют Жана Батиста ван Хельмонта (1577—1644), который впервые описал с помощью химических терминов процессы, происходящие в живом организме. Автором термина «биохимия», появившегося в 1877 году, является Ф. Хопп-Сейлер. Эта область науки изучает химические реакции в живом организме, или метаболизм. Ее основу составили данные, полученные химиками, изучавшими химические свойства растительных и животных организмов, и данные биологов и медиков по физиологии, зоологии и ботанике.
Читать далее «Биология → Кого считают основателем биохимии?»

Биология → Какая наука изучает грибы и что такое лишайник?

Наука, занимающаяся грибами, называется микологией. Согласно ранней классификации грибы относили к другим царствам, но позднее их выделили в отдельное царство на основании уникальности их клеточной структуры и способа полового размножения.
Грибы относятся к гетеротрофам, т.е. не могут синтезировать пищу из неорганических веществ. Они выделяют ферменты для переваривания пищи вне организма гриба; затем клетки абсорбируют продукты переваривания. Грибы играют важную роль в разложении органической материи и круговороте веществ в природе.
Некоторые грибы, называемые сапробионтами, получают питательные вещества из неживой органической материи. Другие являются паразитами; они получают питательные вещества из тканей живого организма-хозяина. Подавляющее большинство грибов — это многоклеточные организмы, имеющие нитевидную форму. То, что мы обычно называем грибами и употребляем в пищу — это плодовые тела гриба (репродуктивные структуры, в которых развиваются споры). Каждая спора может дать начало новому организму.
Читать далее «Биология → Какая наука изучает грибы и что такое лишайник?»

Биология → Кто разработал современную систему классификации растений и животных?

Область биологии, которая занимается наименованием и организацией миллионов растительных и животных видов, называется таксономией. Подобная классификация создает базовую основу для проведения сравнений и обобщений. Классификация организует все виды в иерархическую структуру, в которой каждая группа подразделяется на несколько более мелких групп.
Читать далее «Биология → Кто разработал современную систему классификации растений и животных?»

Биология → Какие пять царств выделяют в настоящее время в живом мире?

В 1735 году Карл Линней (1707—1778) создал систему классификации живых организмов на основе сходства и различия между ними.
В рамках этой системы он разделил все живые существа на два царства. Однако позднее было установлено, что грибы по своим признакам не могут быть отнесены ни к одному из этих царств. Хотя их считали растениями, грибы не содержат хлорофилла, не имеют корней, стеблей или листьев и вообще не похожи на растения. Некоторые признаки грибов придают им сходство с животными, другие их свойства вообще уникальны. На основании этих фактов грибы выделили в отдельное царство. В 1959 году P. X. Уайттэкер предложил современную систему классификации живых организмов. Она базировалась на новых данных о фундаментальных различиях между организмами, полученных с помощью биохимических методов и электронной микроскопии. Согласно этой системе живой мир подразделяется на пять царств, перечисленных ниже.
Монеры — Одноклеточные организмы, у которых отсутствует ядро (т.е. генетический материал свободно лежит в цитоплазме и не окружен мембраной). Другое их название — прокариоты. В это царство входят бактерии и сине-зеленые водоросли (их также называют цианобактериями). В отличие от бактерий, сине-зеленые водоросли способны синтезировать питательные вещества. В период с 3,5 до 1,5 миллиардов лет назад сине-зеленые водоросли, являвшиеся одной из первых форм жизни, создали путем фотосинтеза большую часть кислорода на Земле.
Протисты — Большей частью одноклеточные организмы, имеющие ядро (т.е. генетический материал окружен мембраной). По наличию ядра и других клеточных органелл, расположенных в цитоплазме, их относят к эукариотам. К протистам относятся диатомовые и эвгленовые водоросли, слизевики и простейшие. Разные представители царства различаются по способу питания и другим признакам. Они могут служить живыми образцами древних одноклеточных форм жизни, которые дали начало многоклеточным организмам (грибам, растениям и животным).
Читать далее «Биология → Какие пять царств выделяют в настоящее время в живом мире?»

Биология → Кто автор термина «биология»?

Название «биология» впервые использовал Карл Бурдах (1776—1847) для обозначения изучения человека. Жан Батист Пьер Антуан де Моне Ламарк (1744—1829) в 1812 году придал этому термину более широкое значение. Ламарк полагал, что наука имеет цельный характер; он предложил использовать название «биология» для совокупного обозначения химии, метеорологии, геологии, ботаники и зоологии. Теория ламаркизма утверждала, что изменения, приобретенные индивидуальным организмом в результате адаптации к условиям окружающей среды на протяжении его жизни, могут каким-то образом откладываться в его генах и, следовательно, передаваться последующим поколениям. В настоящее время подавляющее большинство биологов считают, что ничего подобного в природе не происходит.
Биология — это наука, изучающая живые существа (от греческого «биос» — «жизнь»). Когда-то ее подразделяли на две области — зоологию (от греч. «зоон» — «животное»), изучающую животных, и ботанику (от греч. «ботанес» — «растение»), изучающую растения. Сейчас выделяют сотни специализированных отраслей биологии, изучающих строение, функционирование и классификацию всех форм жизни. Среди них — анатомия, экология, эмбриология, теория эволюции, генетика, палеонтология, физиология и др.
Читать далее «Биология → Кто автор термина «биология»?»

Биология → Что такое клонирование?

Клон — это группа клеток, образовавшаяся из одной родительской клетки в результате ее прямого деления (когда клетка делится надвое) или митотического деления (когда хромосомный набор клетки удваивается и затем распределяется поровну между дочерними клетками). Целью клонирования является получение организма с точно такими же характеристиками, что и исходный. Садоводы занимаются клонированием уже сотни лет: генетически идентичные копии растения можно получить с помощью черенкования. Современные научные методы существенно расширили возможности клонирования: теперь его применяют и к животным. Для того чтобы получить клоны растения, сначала выбирают лучший экземпляр, обладающий определенными признаками, например декоративностью или урожайностью. Для размножения подходят срезы с любой части растения, поскольку все его клетки содержат генетическую информацию, необходимую для развития целого организма. Срезы помещают в питательную среду, содержащую гормон роста. Клетки начинают делиться, и каждые шесть недель размер клона удваивается. Постепенно клеточная масса образует небольшой белый комочек, называемый эмбриоидом. У эмбриоидов развиваются побеги и корешки, и они становятся похожими на крошечные растения. После этого их переносят в компост, где они продолжают расти, формируя точные копии родительского растения. Весь цикл развития занимает 18 месяцев. Этот метод получил название культуры тканей. Он применяется для клонирования масличной пальмы, аспарагуса, ананасов, земляники, брюссельской и цветной капусты, бананов, гвоздик, папоротников и др. Дополнительным преимуществом метода клонирования растений является то, что он предотвращает распространение вирусных заболеваний, которые передаются от растения к растению при размножении семенами.
Читать далее «Биология → Что такое клонирование?»

Что такое генная инженерия?

Генная инженерия, которую называют также молекулярным или генным клонированием, — это лабораторный метод, включающий искусственную рекомбинацию молекул нуклеиновых кислот, встраивание рекомбинантной молекулы в векторную систему (вирусную частицу, бактериальную плазмиду и др.) и последующее внедрение химерных молекул в организм хозяина, где они продолжают размножаться. Конструирование таких молекул называют также генным манипулированием, поскольку оно обычно сопровождается созданием новых комбинаций генов с помощью биохимических методик.
В генно-инженерной технологии применяется слияние клеток и получение рекомбинантных молекул ДНК (РНК) или сплайсинг генов. Для того чтобы слить яйцеклетку и сперматозоид, их наружные мембраны разрушают с помощью ферментов; затем содержимое обеих клеток смешивают и к нему добавляют определенные химические вещества или вирусные частицы. В результате из клеток, принадлежащих двум разным видам, может быть получен новый организм.
Метод рекомбинантной ДНК позволяет перенести конкретный ген из одного организма в другой с помощью бактериальных плазмид (небольших кольцевых фрагментов ДНК, существующих отдельно от основной ДНК-молекулы). В этом методе используются такие ферменты, как эндонуклеазы рестрикции (разрезают нити ДНК), обратная транскриптаза (создает нить ДНК, используя РНК в качестве матрицы), ДНК-лигаза (скрепляет нити ДНК) и полимераза (собирает двухнитевую молекулу ДНК на базе однонитевой молекулы-«праймера»). Процесс начинается с выделения нитей ДНК и их фрагментирования. После того, как фрагмент комбинируют с вектором, он переносится в бактериальную клетку и встраивается в ДНК плазмиды. Такие гибридные плазмиды затем смешивают с культурой бактерий, чтобы получить трансформированные клетки. Поскольку только некоторые из трансформированных клеток обладают желаемой генной активностью, их выделяют и культивируют индивидуально. Эта методика успешно применяется в биотехнологии для выработки больших количеств гормонов (например, инсулина). Однако трансформировать клетки растения или животного значительно сложнее, чем бактериальные. Уже существуют технологии, позволяющие сделать растения более устойчивыми к заболеваниям, или ускорить рост животных. Но использование таких технологий связано с этическими проблемами, поскольку генная инженерия затрагивает механизмы наследственности и может изменить генетические характеристики самого человека. Кроме того, под вопросом остается безопасность генетически модифицированных организмов, в том числе бактерий, для человека и окружающей среды. Ниже перечислены некоторые варианты применения генной инженерии в разных отраслях:
Читать далее «Что такое генная инженерия?»