Ιστορία της γενετικής

Η ιστορία της γενετικής χρονολογείται από την κλασική αρχαιότητα, όταν ασχολήθηκαν με το θέμα της κληρονομικότητας σοφοί από τον Πυθαγόρα, τον Ιπποκράτη και τον Αριστοτέλη, μέχρι τον Επίκουρο και άλλους. Η νεότερη γενετική άρχισε με τις έρευνες του Ρωμαιοκαθολικού μοναχού Γκρέγκορ Μέντελ: τα πειράματά του με διασταυρώσεις φυτών, που δημοσιεύθηκαν το 1866, θεμελίωσαν τη θεωρία της μενδελιανής κληρονομικότητας. Το έτος 1900 οι ανακαλύψεις του Μέντελ διαδόθηκαν από τους Χιούγο ντε Βρις, Καρλ Κόρενς και Έριχ φον Τσέρμακ, και μέχρι το 1915 οι βασικές αρχές τους είχαν μελετηθεί σε μεγάλη ποικιλία ζωντανών οργανισμών, ιδίως στη «μύγα των φρούτων» δροσόφιλα (Drosophila melanogaster). Με πρωτοπόρο τον Τόμας Χαντ Μόργκαν, οι «δροσοφιλιστές» γενετιστές μπόρεσαν να αναπτύξουν περαιτέρω το μενδελιανό μοντέλο, που έγινε πλέον γενικώς αποδεκτό τη δεκαετία του 1920. Παράλληλα με τις πειραματικές έρευνες, μαθηματικοί ανέπτυξαν το στατιστικό πλαίσιο της γενετικής των πληθυσμών, εισάγοντας τις γενετικές ερμηνείες στην έρευνα της θεωρίας της εξελίξεως. Μετά την εξακρίβωση των τρόπων της διαδόσεως της κληρονομικότητας, πολλοί βιολόγοι στράφηκαν στη διερεύνηση της υλικής φύσεως του γονιδίου. Τη δεκαετία του 1940 και στις αρχές της δεκαετίας του 1950, πειράματα υπέδειξαν το DNA ως το μέρος εκείνο των χρωματοσωμάτων που εκπροσωπούν τα γονίδια. Η επικέντρωση σε νέους οργανισμούς-πρότυπα, όπως οι ιοί και τα βακτήρια, μαζί με την ανακάλυψη της διπλής ελικοειδούς δομής του DNA το 1953, σημάδεψαν τη μετάβαση στην εποχή της μοριακής γενετικής. Κατά τα επόμενα έτη οι χημικοι ανέπτυξαν τεχνικές για τον προσδιορισμό των αλληλουχιών στα νουκλεϊκά οξέα και τις πρωτεΐνες, ενώ πολλοί άλλοι μελέτησαν και διεκρίβωσαν τη σχέση μεταξύ αυτών των δύο μορφών βιομορίων, και ανεκάλυψαν τον γενετικό κώδικα. Το πώς ρυθμίζεται η έκφραση των γονιδίων έγινε κεντρική ερευνητική ενασχόληση τη δεκαετία του 1960. Την επόμενη δεκαετία έγινε δυνατό να ελεγχθεί η γονιδιακή έκφραση και να επιδέχεται χειρισμούς με μεθόδους του νέου κλάδου, της γενετικής μηχανικής. Κατά τις τελευταίες δεκαετίες του 20ού αιώνα πολλοί βιολόγοι επικεντρώθηκαν σε μεγάλης κλίμακας προγράμματα γενετικής, όπως είναι η «αποκρυπτογράφηση» ολόκληρων γονιδιωμάτων.

 Οι πλέον επιδραστικές από τις πρώτες θεωρίες για την κληρονομικότητα ήταν εκείνες του Ιπποκράτη και του Αριστοτέλη. Η ιπποκράτειος θεωρία (πιθανώς βασισμένη πάνω στη διδασκαλία του Αναξαγόρα) ήταν παρόμοια με τις ιδέες του Δαρβίνου σχετικώς με την παγγένεση, ότι δηλαδή το κληρονομικό «υλικό» συλλέγεται από ολόκληρο το σώμα. Ο Αριστοτέλης από την άλλη υπεστήριξε ότι η αρχή-ιδέα της μορφής ενός ζωικού οργανισμού μεταδιδόταν από το σπέρμα (το οποίο θεωρούσε πως ήταν μια κεκαθαρμένη μορφή αίματος) και το μητρικό εμμηνοροϊκό αίμα, τα οποία αλληλεπιδρούσαν μέσα στη μήτρα καθοδηγώντας τα πρώτα στάδια της αναπτύξεως του νέου οργανισμού. Για αμφότερους, και για όλους σχεδόν τους μελετητές του Δυτικού κόσμου μέχρι και τα τέλη του 19ου αιώνα, η κληρονόμηση των επίκτητων χαρακτηριστικών ήταν ένα θεμελιωμένο γεγονός, το οποίο οποιαδήποτε αρμόζουσα θεωρία της κληρονομικότητας ήταν υποχρεωμένη να ερμηνεύει. Από την άλλη όμως, το κάθε ξεχωριστό είδος θεωρούσαν ότι είναι προικισμένο με μια δική του αναλλοίωτη «ουσία». Ο Αθηναίος φιλόσοφος Επίκουρος παρατήρησε ανθρώπινες οικογένειες και πρότεινε ότι υπήρχε συνεισφορά τόσο του αρσενικού, όσο και του θηλυκού προγόνου στα κληρονομικά χαρακτηριστικά. Διεπίστωσε επίσης κυρίαρχους και υπολειπόμενους τύπους κληρονομικότητας, και περιέγραψε την ομαδοποίηση και την ανεξάρτητη διαλογή των κληρονομικών χαρακτηριστικών.Στο έργο Τσαράκα Σαμχίτα (300 μ.Χ.), αρχαίοι Ινδοί ιατρικοί συγγραφείς θεώρησαν πως τα χαρακτηριστικά ενός παιδιού καθορίζονται από 4 διαφορετικούς παράγοντες: 1) Εκείνους από το αναπαραγωγικό υλικό της μητέρας, (2) εκείνους από το σπέρμα του πατέρα, (3) εκείνους από τη διατροφή της εγκύου μητέρας και (4) εκείνους που συνοδεύουν την ψυχή, η οποία εισέρχεται μέσα στο έμβρυο. Ο καθένας από αυτούς τους παράγοντες είχε με τη σειρά του τέσσερα μέρη, δημιουργώντας έτσι 16 παράγοντες δια των οποίων το κάρμα των γονέων και της ψυχής καθορίζουν το ποιες επιδράσεις θα κυριαρχήσουν και θα δώσουν στο παιδί τα χαρακτηριστικά του.Τον 9ο αιώνα μ.Χ. ο Άραβας συγγραφέας Αλ-Τζαχίζ μελέτησε την επίδραση του φυσικού περιβάλλοντος στην πιθανότητα επιβιώσεως ενός ζώου. Το 1000 μ.Χ. ο Άραβας ιατρός Αλ-Ζαχράουι ήταν ο πρώτος που περιέγραψε καθαρά την κληρονομική φύση της αιμοφιλίας. Το 1140 ο Ιούδας Αλεβί έγραψε για τις κυρίαρχες και υπολειπόμενες γενετικές τάσεις στο έργο του Κουζαρί. Η «θεωρία του προσχηματισμού» είναι μια βιολογική θεωρία που αντιπροσωπεύθηκε στην αρχαιότητα από τον Έλληνα φιλόσοφο Αναξαγόρα. Επανεμφανίσθηκε κατά τη νεότερη εποχή τον 17ο αιώνα και από τότε κυριάρχησε μέχρι τον 19ο αιώνα. Οι οπαδοί της υπεστήριζαν ότι ολόκληρος ο νέος οργανισμός υπήρχε προσχηματισμένος, είτε μέσα στο κάθε σπερματοζωάριο, είτε μέσα στο ωάριο, και απλώς χρειαζόταν να μεγαλώσει (ή και να «ξεδιπλωθεί»). Αυτό ερχόταν σε αντίθεση με τη θεωρία της επιγενέσεως, κατά την οποία οι δομές και τα όργανα ενός ζωντανού οργανισμού δημιουργούνται από την αρχή και αναπτύσσονται μόνο κατά την πορεία της αναπτύξεως του κάθε ατόμου (οντογένεση). Η επιγένεση ήταν η κυρίαρχη θεωρία από την αρχαιότητα μέχρι τον 17ο αιώνα, αλλά στη συνέχεια αντικαταστάθηκε από την αντίπαλη θεωρία. Από τον 19ο αιώνα η επιγένεση μπόρεσε και πάλι να επικρατήσει, αυτή τη φορά τελειωτικά. Τον 18ο αιώνα, με αυξημένες τις γνώσεις σχετικώς με την ποικιλομορφία ζώων και φυτών, και το αυξημένο ενδιαφέρον για την ταξινομική, άρχισαν να εμφανίζονται νέες ιδέες περί κληρονομικότητας. Ο Κάρολος Λινναίος και άλλοι (όπως οι Γιόζεφ Γκότλημπ Κελρέυτερ, Καρλ Φρήντριχ φον Γκαίρτνερ και Σαρλ Βικτόρ Νωντέν) διεξήγαγαν εκτεταμένα πειράματα υβριδισμού, ιδίως μεταξύ διαφορετικών ειδών. Ως αποτέλεσμα, περιέγραψαν μια ευρεία ποικιλία φαινομένων της κληρονομικότητας, όπως τη στειρότητα μερικών υβριδίων και τη μεγάλη μεταβλητότητα των οπισθοδιασταυρώσεων.Οι καλλιεργητές φυτών από την άλλη, ανέπτυσσαν μια γκάμα από σταθερές ποικιλίες πολλών σημαντικών ειδών φυτών. Στις αρχές του 19ου αιώνα ο Ωγκυστέν Σαζερέ (Augustin Sageret, 1763–1851) θεμελίωσε την έννοια του κυρίαρχου φαινότυπου, αναγνωρίζοντας ότι μετά τη διασταύρωση κάποιων ποικιλιών φυτών, ορισμένα χαρακτηριστικά παρόντα μόνο στον έναν γονέα εμφανίζονται συνήθως στους απογόνους. Ανεκάλυψε επίσης ότι μερικά προγονικά χαρακτηριστικά που δεν εμφανίζονται σε κανέναν από τους δύο γονείς μπορεί να εμφανισθούν στους απογόνους τους. Ωστόσο, οι καλλιεργητές ελάχιστα προσπάθησαν να δώσουν μια θεωρητική θεμελίωση για το έργο τους, ή να μοιρασθούν τις ανακαλύψεις τους με την τρέχουσα έρευνα στη βιολογία. Από το 1856 έως το 1865 ο Γκρέγκορ Γιόχαν Μέντελ διεξήγε πειράματα με το είδος φυτού Pisum sativum (μοσχομπίζελο), παρατηρώντας την κληρονομικότητα ορισμένων χαρακτηριστικών (φαινότυπων). Διεπίστωσε έτσι ότι οι γονότυποι και οι φαινότυποι των προγόνων είναι προβλέψιμοι και ότι κάποια χαρακτηριστικά κυριαρχούσαν έναντι άλλων. Αυτές οι ιδιότητες της «μενδελιανής κληρονομικότητας» κατέδειξαν τη χρησιμότητα των στατιστικών μεθόδων στη μελέτη της κληρονομικότητας. Το σημαντικότερο, κατέρριπταν τις θεωρίες της «κληρονομικότητας της αναμίξεως», αποδεικνύοντας ότι τα χαρακτηριστικά παραμένουν διαχωρισμένα και απόλυτα ύστερα από πολλές γενεές υβριδικών διασταυρώσεων (ο λόγος είναι επειδή οφείλονται σε διακριτά γονίδια).Από τη στατιστική ανάλυσή του ο Μέντελ όρισε μια έννοια που περιέγραψε ως «χαρακτήρα» (που στη σκέψη του είχε και τη σημασία του «προσδιοριστικού παράγοντα αυτού του χαρακτήρα»). Σε μία μόνο φράση της ιστορικής του δημοσιεύσεως γράφει τον όρο «παράγοντες» για να υποδηλώσει το «υλικό που δημιουργεί» τον χαρακτήρα: «Πρέπει επομένως να θεωρήσουμε βέβαιο ότι ακριβώς ανάλογοι παράγοντες πρέπει να δρουν και στην παραγωγή των σταθερών μορφών των υβριδικών φυτών.» (Mendel 1866). Ο Μέντελ δημοσίευσε τα αποτελέσματά του το 1866 υπό τον τίτλο «Versuche über Pflanzen-Hybriden» (= «Πειράματα επί του φυτικού υβριδισμού») στα Verhandlungen des Naturforschenden Vereins zu Brünn (= «Πρακτικά της Εταιρείας Φυσικής Ιστορίας του Μπρνο»), μετά από δύο διαλέξεις που έδωσε επί του θέματος στις αρχές του 1865. Η δημοσίευση του Μέντελ ήταν σε ένα περιοδικό με λίγους αναγνώστες και έτσι δεν έγινε αντιληπτή από την επιστημονική κοινότητα. Αυτό που πυροδοτούσε τότε τις συζητήσεις περί των μηχανισμών της κληρονομικότητας ήταν η δαρβινική θεωρία της εξελίξεως δια της φυσικής επιλογής, που φαινόταν να απαιτεί μηχανισμούς μη-λαμαρκιανής κληρονομικότητας. Η θεωρία περί κληρονομικότητας του ίδιου του Δαρβίνου, η «παγγένεση» (Pangenesis), δεν κερδισε σημαντική αποδοχή. Μια ποσοτικοποιημένη εκδοχή της παγγενέσεως, που απέρριπτε πολλά από τα λαμαρκιανά στοιχεία του Δαρβίνου, αναπτύχθηκε ως η «βιομετρική» σχολή της κληρονομικότητας από τον εξάδελφο του Δαρβίνου Φράνσις Γκάλτον.Το 1883 ο Άουγκουστ Βάισμαν διεξήγαγε πειράματα με την εκτροφή ποντικών των οποίων είχε κόψει τις ουρές. Τα αποτελέσματά του, ότι δηλαδή η χειρουργική αφαίρεση της ουράς ενός ποντικού δεν είχε επίδραση στις ουρές των απογόνων του, οι οποίες ήταν κανονικές, κατέρριπτε της θεωρίες της παγγενέσεως και του λαμαρκισμού, που υπεστήριζαν ότι οι μεταβολές σε έναν οργανισμό κατά τη διάρκεια της ζωής του (επίκτητες) μπορούσαν να κληρονομηθούν από τους απογόνους του. Ο Βάισμαν πρότεινε τη «θεωρία της συνεχίσεως του βλαστοπλάσματος» ή πλάσματος των γαμετών (Germ plasm theory) για την κληρονομικότητα, που ήταν γνωστή κάποτε και ως «βαϊσμανισμός». Σύμφωνα με αυτή, σε έναν πολυκύτταρο οργανισμό η κληρονομικότητα μεταδίδεται μόνο δια των ωαρίων και των σπερματοζωαρίων (που από κοινού ονομάζονται γαμέτες): Τα άλλα κύτταρα του σώματος, τα λεγόμενα «σωματικά κύτταρα», δεν λειτουργούν ως φορείς κληρονομικότητας. Η γενετική πληροφορία δεν μπορεί να περάσει από το σώμα στο βλαστόπλασμα και από εκεί στην επόμενη γενεά. Αυτός ο φραγμός αναφέρεται ως «φραγμός Βάισμαν». Ιστορία της βιολογίας Ιστορία της ιατρικής Mendel, Gregor (1866). «Versuche über Pflanzen-Hybriden». Verhandlungen des naturforschenden Vereins Brünn. https://archive.org/details/versucheberpflan00mend. Δημοσιευμένο στην αγγλική ως «Experiments on Plant Hybridization». Journal of the Royal Horticultural Society 26: 1-30. 1901. (Online) Elof Axel Carlson: Mendel's Legacy: The Origin of Classical Genetics, Cold Spring Harbor Laboratory Press, 2004, ISBN 0-87969-675-3 Robert C. Olby: Mendel, Mendelism, and Genetics, δοκίμιο στο MendelWeb Το βιβλίο του Alfred H. Sturtevant A History of Genetics «Μπορεί η ύλη να αποθηκεύσει ενεργό πληροφορία;» Todd, A.R. (1954). «Chemical Structure of the Nucleic Acids». Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 40 (8): 748-755. doi:10.1073/pnas.40.8.748. PMID 16589553. Bibcode: 1954PNAS...40..748T. 1960: Η ανακάλυψη του mRNA