морган что открыл в биологии кратко
Вклад Томаса Моргана в становление генетики
Ещё один учёный, который внёс чрезвычайно большой вклад в становление генетики как науки, — Томас Хант Морган (1866—1945). Как ни удивительно, но очень много научных открытий основывается не только на крепких знаниях, таланте и упорстве. Часто для успеха просто необходимы интуиция и удача. Например, необыкновенный успех опытов Менделя во многом обусловлен тем, что интуитивно учёный выбрал замечательный объект для опытов — горох. Последовавшая неудача, заставившая Менделя отказаться от дальнейших исследований, — также явилась результатом выбора подопытных объектов — на этот раз неудачных. Морган для своих исследований выбрал не просто удачный, а идеальный объект, который стал со временем известнейшей генетической моделью — плодовую мушку дрозофилу (рис. 22).
Идеальным объектом для генетических исследований дрозофила стала благодаря своим свойствам: у мушки всего 4 пары хромосом, её жизненный цикл составляет 10—20 суток, за которые одна самка даёт около 400 потомков.
Плодовых мушек легко изучать на протяжении всей их жизни. Кроме того, в клетках слюнных желез личинок дрозофил есть гигантские хромосомы, очень удобные для исследований, поскольку не нуждаются в микроскопах с очень большим увеличением.
 |
| Рис. 22. Дрозофила — популярнейший объект генетических исследований: а — самец; б — самка |
С 1908 г. Морган начал свои исследования. Сначала он брал дрозофил в бакалейных и фруктовых магазинах.
Он вылавливал их сачком, получив на это разрешение хозяев магазинов, которые потешались над чудаком-мухоловом. Тридцатипятиметровая комната для опытов, так называемая «fly-room» (мушиная комната) в Колумбийском университете, где Морган проводил свои исследования, быстро стала притчей во языцех. Всё помещение было заставлено бутылками, банками, плошками и колбами, в которых летали тысячи мух, копошились прожорливые личинки, все стекла этих сосудов были обвешаны куколками дрозофил. Бутылок не хватало, и ходили слухи, что рано утром по пути к лаборатории Морган и его студенты похищали бутылки для молока, которые жители Манхеттена выставляли вечером за двери!
Морган изучал выращенных им мух. Оказалось, что они внешне довольно сильно отличаются: кроме обычных красноглазых мух встречаются белоглазые, желтоглазые и даже розовоглазые. Бывают мухи с длинными и короткими крыльями и мухи с искривлёнными сморщенными крылышками, не способные летать. Дрозофилы отличаются формой и окраской брюшка, ног, антенн и даже щетинок, укрывающих их тело.
Морган скрещивал дрозофил, следя за наследованием огромного числа всех этих признаков. Анализируя результаты наблюдений, он пришёл к выводу, что некоторые признаки передаются потомкам вместе. Исходя из этого, Морган предположил, что гены, определяющие эти «сцепленные» признаки, не разбросаны по всей клетке, а сцеплены в особых «островках». Получалось, что все наследственные признаки мухи делятся на четыре «сцепленные» группы. Уже было известно, что у дрозофилы четыре пары хромосом. Отсюда Морган сделал вывод, что гены локализуются в хромосомах, причём в каждой хромосоме находится цепочка из сотен генов. Учёный установил: чем больше расстояние между двумя генами в хромосоме, тем выше вероятность разрыва цепи — гены, расположенные близко, разделяются крайне редко. Исходя из этих наблюдений, Морган составил карты расположения генов в хромосомах дрозофилы. Произошло это уже через год после утверждения в науке термина ген.
Кроме того, Морган установил, что некоторые признаки передаются только самцам или только самкам. Он сделал вывод, что гены, отвечающие за эти признаки, локализованы в хромосомах, которые определяют пол. Так им было открыто существование половых хромосом. Материал с сайта http://worldofschool.ru
Результатом исследования Морганом дрозофил стала хромосомная теория наследственности. Её мы будем изучать чуть позже. Главный постулат этой теории такой: материальную основу наследственности представляют собой хромосомы, в которых локализованы гены.
В 1933 г. Томас Морган был удостоен Нобелевской премии по физиологии и медицине «За открытия, связанные с ролью хромосом в наследственности». Он единственный из родоначальников генетики, кто удостоился такой чести.
Таким образом, в самом начале истории генетики можно выделить две фундаментальные вехи, которые определили суть этой науки. Первая — этап гибридологических исследований, начавшийся с опытов Менделя, доказавших существование некоторых дискретных наследственных факторов, которые передаются от родителей потомкам, подчиняясь определённым математическим законам. Вторая — цитологические исследования, основывающиеся прежде всего на опытах Моргана, доказавших, что носителями наследственных факторов являются хромосомы.
Томас Морган
Фото Все
Томас Морган — биография
В биографии великого американского ученого-генетика Томаса Моргана отражены основные вехи его жизни и научно-исследовательских достижений, которые позволили успешно развивать молекулярную биологию на протяжении многих лет.
Американского ученого Томаса Моргана по праву относят к величайшим биологам, сделавшим великие открытия для всего человечества. Выдающихся успехов он достиг при изучении хромосом и генов, что поставило молекулярную биологию на принципиально новый уровень и дало возможность прибегать к экспериментальным методам исследований в генетике.
Благодаря ему и Грегору Менделю впоследствии велись успешные работы по расшифровке генома, в области трансгенной селекции и генной инженерии.
Родиться в нужное время
В биографии Моргана не встретишь фактов преследования за свои убеждения, неразделения взглядов коллегами или забвения на определенном этапе жизненного пути. Это была долгая и счастливая жизнь всегда рядом с близкими и родными людьми, успешной карьерой преподавателя и исследователя, который и сегодня считается гением фундаментальной генетики. Представители данной науки и в наши дни чаще получают Нобелевскую премию относительно исследователей других областей. В начале 20 века благодаря работе Моргана и коллег были накоплены важные генетические данные, появились результаты исследования механизма клеточного деления (мейоза и митоза), сделаны выводы о роли хромосом и ядра клетки в наследовании признаков.
Так, хромосомная теория дала понять причину появления у человека наследственных заболеваний и позволила изменять экспериментально наследственную информацию, став стартовой точкой для современных генетических исследований. Хоть он и не являлся первооткрывателем, но сумел сформулировать постулаты изменившей весь мир теории. По сути, после разработок Моргана такие темы, как продление жизни, выращивание новых органов, человеческие трансформации, остаются только вопросами времени в современной действительности.
Аристократическое происхождение
Томас Морган, родившийся в США 25 сентября 1866 года, является племянником Гента Моргана, известного военачальника Армии Конфедерации, и сыном Ханта Моргана, американского консула на Сицилии и преуспевающего дипломата. Дед по линии матери ученого был автором национального гимна Америки. Мальчика с детства тянуло к таким наукам, как геология и биология, и уже в 10 лет он увлекался поиском необычных камней, изучением яиц птиц и перьев. Немного повзрослев, Томас в родных местах помогал участникам экспедиций Геологической службы США. И в 20-летнем возрасте он получает степень бакалавра после окончания колледжа.
Студенческая пора
В университете молодой человек уделяет много времени физиологии и морфологии животных. Первая научная работа касалась вопросов физиологии и строения морских пауков. Потом настал черед эмбриологии. Молодой ученый становится магистром, защищает диссертацию и возглавляет биологический факультет Брин-Майровского колледжа. Затем следует стажировка в неапольской Зоологической лаборатории в 1894 году и начало исследований в отношении наследственных признаков.
На тот момент была очень актуальной полемика между преформистами, уверенными в присутствии в гаметах структур, определяющих развитие организма, и эпигенистами, которые утверждали, что на формирование организма влияют внешние факторы. При этом Морган стоит по середине между позициями. В 1895 году Томас становится профессором и вскоре выпускает две книги: Development of the Frog’s Egg и Regeneration. Приоритетными направлениями его деятельности все же остаются эволюция и наследственность. В брак ученый вступает в 1904 году с Лилиан Воган Сэмпсон, своей студенткой, которая не только родила четверых детей, но еще стала надежным помощником в исследованиях.
Колумбийский университет
Работая в университете с 1903 года на кафедре экспериментальной зоологии, за 24 года Томас Морган успевает сделать самые знаковые в истории открытия в области наследования и эволюции. Исследователи того времени искали подтверждения теории Менделя в отношении естественного отбора, и Морган в возрасте 43 лет лично проверяет правоту исследований коллеги. В результате успешной работы он на долгие годы приобретает звание «повелителя мух». В качестве объекта опытов он выбирает мушек дрозофил, которые становятся «священной коровой» генетиков на все предстоящее столетие.
Самое главное, что у этих мушек имеется только 4 хромосомы, которые легко поддаются изучению на протяжении всех 3 месяцев жизни дрозофил. Успешные опыты ученому Томасу Моргану помогали проводить его талантливые студенты, которые приняли активное участие в организации лаборатории №213 — легендарной «мушиной комнаты» в стенах Колумбийского университета.
Новаторство в преподавании
Та самая прославленная на весь мир колумбийская лаборатория стала местом для ознакомительного посещения для многих известных ученых. Благодаря этой небольшой комнатке площадью всего в 24 квадратных метра была изменена организация самого учебного процесса. Морган основывался в работе на принципах демократии, отсутствия субординации, свободного обмена мнениями, мозгового коллективного штурма, полной прозрачности. Его методика стала основой для преподавателей американских ВУЗов, а затем и европейских.
Долгие два года Морган с коллегами бьются почти безрезультатно над решением вопросов наследования мутаций. Однако потом происходит настоящее чудо — рождаются мушки с измененными признаками, что позволило сформулировать впоследствии теорию наследования. Скрещивание особей, подсчет тысяч потомков, тысячи бутылок с дрозофилами — все это стало ценой успеха ученого. Были получены доказательства наследования, сцепленного с полом, и хранения на конкретном участке хромосомы данных о признаке. Результаты были оформлены в статью под названием «Наследование, сцепленное с полом».
Хромосомная теория
Успешным результатом всей деятельности Томаса Моргана является обоснование теории наследования. Ее основа — материальным базисом наследственности выступают хромосомы, где гены расположены в линейном порядке. Морган открыл сцепленные гены, которые наследуются вместе, а также признаки, наследуемые согласно полу.
Признание достижений
В течение нескольких лет Томас Морган становится членом многих академий по всему миру, и Академии наук СССР в 1923 году в том числе. А через 10 лет ученый был удостоен высокого звания лауреата Нобелевской премии за открытия в области влияния хромосом на наследственность. Премию Морган поделил с коллегами Стартеваном и Бриджесом. В коллекции великого ученого подаренная в 1924 году Медаль Дарвина, в 1939 году — медаль Копли, в честь него назван факультет биологии в штате Кентуки, а также премия Общества генетиков Америки, проходящая ежегодно. Кроме того, в генетике существует понятие морганида — единица сцепления генов. С 1928 года он долгие годы руководил в Калифорнийском технологическом институте Кирхгофовской лабораторией. Причиной смерти ученого в 1945 году стало желудочное кровотечение.
В качестве заключения
Конечно, Томас Морган сделал неоценимый вклад в биологию, который сопоставим с первым полетом в космос или открытием атомного ядра в физике. Это был благородный и добрый человек с хорошим чувством юмора, неприхотливый в быту и всегда уверенный в себе. Он не гнался за известностью, не мечтал стать легендой, а, наоборот, хотел человечество избавить от мифов и предрассудков. Генетик отлично разбирался в предмете, который изучал. Несмотря на все свои великие открытия, Томас Морган смог оставаться на протяжении всей жизни просто биологом.
Нобелевские лауреаты: Томас Хант Морган
Американский биолог, один из основоположников генетики Томас Хант Морган
Johns Hopkins/Wikimedia Commons/Getty Images/Indicator.Ru
Как муха заменила горох, почему научные открытия оказались интереснее вручения Нобелевской премии и как к почетному члену АН СССР относились исключительно в негативном контексте, читайте в рубрике «Как получить Нобелевку».
Фамилию нашего героя я услышал еще в детстве, причем в ярко негативном контексте. Книг тогда было не так много, как сейчас, и я читал все, что под руку попадется. И «попался под руку» как-то некий роман про Советскую Армению 1940−50-х годов (кстати, очень недурной по сюжету). Разумеется, там был колхоз, и в нем, разумеется, были коровы-рекордистки, которые «бивали буржуазных коров, вейсманисток-морганисток эдаких». Что же, в ту пору были времена товарища Лысенко, и фамилия Томаса Ханта Моргана, одного из основоположников генетики, могла быть только нарицательно-отрицательной.
И это при том, что этот самый отрицательный персонаж с 1923 года был иностранным членом-корреспондентом АН СССР, а с 1932 – почетным членом советской Академии наук. Тот факт, что год спустя он стал Нобелевским лауреатом, можно было и списать на происки буржуазного мира, всегда притеснявшего отечественных ученых (см. статью про Сванте Аррениуса). К счастью, те времена давно уже прошли. Поэтому мы смело расскажем научную биографию человека, который сделал серьезный прорыв в понимании того, как устроена жизнь, без идеологической оценки. Итак, Томас Хант Морган.
Томас Хант Морган
Родился 25 сентября 1866 года, Лексингтон, США
Умер 4 декабря 1945 года, Пасадена, США
Нобелевская премия по физиологии и медицине 1933 года.Формулировка Нобелевского комитета: «За открытия, связанные с ролью хромосом в наследственности»
По матери Морган правнук самого Фрэнсиса Скотта Ки — американского Михалкова и Эль-Регистана в одном флаконе. Он был юристом, поэтом, автором поэмы «Оборона форта Макгенри» (1814 год), отрывок из которой – «Знамя, усыпанное звездами» — был положен на британскую застольную мелодию и с 1931 года стал официальным гимном США. Морган еще успел застать триумф творения своего прадеда.
Его отец, Чарльтон Хант Морган, был дипломатом, но первенец (всего детей в семье было трое) не пошел по стопам отца. Биографы Моргана пишут, что во время летних каникул будущий генетик обшаривал сельские районы Кентукки, собирая окаменелости (во второй половине XIX века был настоящий бум любительской палеонтологии). Так начался путь Томаса к тому, что в наше время называют Life Sciences. Свою бакалаврскую степень он получил в кентуккском (экое прилагательное с четырьмя согласными!) государственном колледже. Именно там Морган познакомился с теорией Дарвина, однако продолжал заниматься почти чистой биологией.
В Университете Джонса Хопкинса, куда будущий нобелиат поступил в 1887 году, он изучал физиологию, морфологию животных и эмбриологию. Докторскую степень Морган получил за изучение эмбриологии морских пауков. И если бы он, подобно многим ученым тех лет, занимался исключительно этим, вряд ли мы услышали бы фамилию Морган вне контекста «джентльменов удачи». Достаточно долгое время, больше 15 лет, Томас Хант Морган занимался экспериментальной эмбриологией, его труды были посвящены связи регенерации и раннего эмбрионального развития. Но вопросы наследования все равно возникали. Однако тогда о генетике и наследственности не было известно практически ничего.
Все изменилось в 1900 году, когда в науку были введены результаты исследований почти полувековой давности, полученные уже 16 лет как умершим монахом, экспериментировавшим над горохом в монастырском огороде. Монаха звали Грегор Иоганн Мендель. Его статья «Опыты над растительными гибридами» была издана еще в 1866 году в журнале Verhandlungen des naturforschenden Vereins Brünn (Труды общества естественной истории Брно), но до 1900 года ее почти никто не прочитал. Полученные Менделем красивые соотношения вошли в науку, теперь осталась самая малость – объяснить их.
Морган включился в игру. Сам Мендель нечто, отвечающее за те или иные признаки, называл «факторами». В XX веке их начали называть «генами». В 1902 году Уильям Саттон, американский биолог, предположил, что гены расположены либо внутри, либо на поверхности неких структур клеточного ядра – хромосом. Однако все это было лишь предположениями. Надо сказать, что Морган к идее Саттона относился скептически. Как эмбриолог он придерживался той теории, что хромосомы – это некий ранний продукт развития клетки. Дело было за материалом для опытов.
Горох это хорошо, но он растет долго, хорошую статистику копить долго, да и хромосом у него целых 14 штук. Требовался другой материал: быстро размножающийся, дешевый, с небольшим количеством хромосом и наследуемых признаков. На выручку пришла работа Уильяма Касла, гарвардского ученого, который, в свою очередь, с подачи американского энтомолога Чарльза Вудворта начал работать с плодовой мушкой, чернобрюхой дрозофилой (Drosophila melanogaster).
Этот вариант оказался для генетиков идеальным. Посудите сами – всего четыре пары хромосом, легко отличить самку от самца, через 12 дней после рождения дает потомство в 1000 особей. Мечта биолога, которому нужно накапливать статистику. Морган с командой начинает опыты с 1908 года. Достаточно быстро стало понятно: да, именно хромосомы – носители генов. И гены – это действительно нечто материальное, имеющее свое место в хромосоме. По-хорошему, это уже был первый шаг к открытию ДНК.
Следующим шагом стало наблюдение: красивые соотношения Менделя соблюдаются далеко не всегда. Какие-то признаки оказываются как бы сцеплены между собой и наследуются в сочетании. То есть сочетание двух признаков может встречаться у потомков заметно чаще, чем того требует соотношение Менделя. Морган делает логичный вывод: «сцепленные» гены находятся рядом и на одной и той же хромосоме. Он обнаружил четыре такие группы генов – в соответствии с четырьмя парами хромосом. Это был следующий шаг в понимании работы генетического аппарата и наследственности.
Однако в 1912 году сотрудники, недавно пришедшие к Моргану, Альфред Стертеван (уже в 1911 году показавший, что степень сцепленности генов обратно пропорциональна расстоянию между ними на хромосоме) и Кальвин Бриджес сильно удивили босса. Они обнаружили, что «сцепленные» гены наследуются вместе реже, чем можно было ожидать. Так был открыт кроссинговер – явление рекомбинации хромосом, когда хромосомы в паре могут расщепляться и обмениваться генетическим материалом (правда, само физическое переплетение хромосом было открыто еще в 1909 году бельгийским цитологом Франсом Альфонсом Янсенсом).
Кроссинговер. Иллюстрация из книги Моргана
Свой вклад в это открытие сделал и студент Моргана Герман Джозеф Меллер – будущий лауреат нобелевской премии по физиологии и медицине 1946 года и научный руководитель астрофизика Карла Сагана (тот успел и генетикой позаниматься). Итоги всех основных исследований были подведены в 1915 году в книге «Механизм менделевской наследственности», авторами которой стали все четверо ученых из предыдущего абзаца. Вместо простых законов Менделя в силу вступили законы Моргана, тоже имеющие количественное описание.
Герман Джозеф Мёллер
Повторилась история с физикой: как ньютоновская механика стала частным случаем релятивистской механики, так и закон Менделя стал частным случаем описанных Морганом и коллегами закономерностей. Высшей награды Моргану пришлось подождать 18 лет. Кстати, любопытный факт: в списке номинантов этого года есть один очень громкий персонаж, так и не получивший своей премии: Зигмунд Фрейд.
К удивлению многих, Морган отказался приехать на церемонию вручения (впрочем, прислав свою речь на банкете и приехав год спустя): он не хотел тратить время на трансатлантический рейс в то время, как были открыты политенные (гигантские) хромосомы в слюнных железах личинок дрозофил. Новые горизонты исследований оказались для него гораздо интереснее.
Хромосомная теория наследственности — положения, сущность и значение опытов Т. Моргана
В настоящее время исследования в области генетики шагнули далеко вперед, но так было не всегда. Сейчас во всех учебниках по биологии хромосомная теория наследственности подробно описана и дает исчерпывающее представление о наследственных отклонениях. Становление хромосомной теории длилось почти двести лет. По большей части она основывалась на изучении генетических вариаций в организме.
Начало исследования
Основные исследования начались в конце XIX века. Можно выделить два этапа развития хромосомной теории наследственности:
Теория наследственности впервые была озвучена в начале XX века. Наибольший вклад в её развитие внесли немецкий эмбриолог Теодор Генрих Бовери и известный американский зоолог-генетик Томас Хант Морган. Именно Морган разработал основные аспекты теории наследственности, автором которой он впоследствии и стал.
Хромосомная теория наследственности началась с выявления генетики пола хромосом, которые обнаружили в конце XIX века. На тот момент еще было мало, что понятно и открытие стало настоящим прорывом в области биологии.
Стоит назвать имена Уолтера Саттона и Теодора Бовери, которые в 1903 году выявили своеобразную закономерность, обнаружив параллель во взаимодействии генов и хромосом. Подобные наблюдения легли в основу гипотезы, касающейся расположения генов непосредственно в хромосомах.
Первые опыты
Спустя несколько лет, предположения У. Саттона и Т. Бовери были экспериментально доказаны Т. Морганом. На базе Колумбийского университета группа ученых провела ряд генетических экспериментов, на основании которых они обосновали линейное расположение генов в хромосомах. Морган установил, что гены, находящиеся на одной хромосоме, наследуются сцепленно и могут нарушаться только за счет пересечения генов, в результате которого происходит обмен участками гомологичных хромосом.
Т.Морган использовал опыт предшественников, который вкупе с собственными экспериментами позволил ему создать прочный фундамент Теории наследственности хромосом. В то время многим исследователям было непонятно, на каких объектах проводил исследования Т. Морган. Достигнутые результаты впечатляли.
В 1909 году ученый провел эксперименты на плодовой мушке Drosophila melanogaster, в результате которых он обнаружил всевозможные мутации, появившиеся после лабораторного разведения мушки. Суть опытов заключалась в том, что ученый-генетик брал мушку, имеющую недоразвитые крылья и черный цвет брюшка, и скрещивал с полностью сформированной дрозофилой, у которой брюшко было совершенно иного окраса. В итоге формировался гибрид с генами-доминантами. В случае дрозофилы получался объект серого цвета с вполне развитыми крыльями.
Позже Морган обнаружил, что подобные результаты имеют место лишь тогда, когда гены соединены друг с другом. На примере мушки — это структурная единица, отвечающая за цвет брюшка и ген, который напрямую влияет на общее развитие крыльев. Именно тогда были сформулированы первые положения, касающиеся сцепления генов. Морган установил, что оно могло быть полным и неполным. В тот момент еще никто не понимал, какова же роль результатов исследований на мушках дрозофилы.
Исследования Моргана продолжались несколько лет и вылились в ряд постулатов, которые он выделил несколько позднее. Ученый окончательно подтвердил первоначальную гипотезу предшественников, согласно которой гены расположены в хромосоме в линейной последовательности по отношению друг к другу. По сути, наибольшая часть положений хромосомной теории основывалась на многолетних опытах Моргана и его коллег, которые они проводили на маленьких насекомых.
В результате многочисленных эмпирических исследований и проведенных анализах, которые за десятки лет кропотливой работы сформировали ряд положений, ученые обобщили и структурировали полученную информацию, связанную с наследственной передачей хромосом.
Ученые подробно проанализировали явления наследования путем сцепления с генетическими картами. Позже кратко были выделены основные положения хромосомной теории.
Значение открытия
В сущности, труды Томаса Моргана оказали колоссальное влияние на развитие генетики. В результате многолетних исследований, открытие Теории хромосомной наследственности можно по праву отдать школе Моргана. Впоследствии сам Морган систематизировал собственные выводы и знания предшественников, поместив их в книгу «Механизм менделевской наследственности». За грандиозный вклад в биологию и медицину знаменитого генетика удостоили Нобелевской премии по физиологии и медицине.
Хромосомная теория Моргана, открытая им и его соратниками, повлияла на дальнейшее развитие генетики. Благодаря их трудам, ученые знают, что гены являются структурной основой хромосомы. Имея представление о том, как устроены сцепленные единицы, можно понять отклонения в наследовании и в дальнейшем на них воздействовать.