Вопрос: Выскажите своё мнение по поводу следующего утверждения: все клетки одного организма генетически идентичны. Аргументируйте свою позицию.
Категория: школьный раздел
Ответы:
Все клетки многоклеточных организмов содержат идентичный, уникальный для данного вида набор хромосом. Благодаря точному и равномерному распределению хромосом при митозе (расхождение хромосом к разным полюсам клетки в анафазе) все клетки организма генетически идентичны.
Разные клетки многоклеточного организма если и не идентичны, то крайне похожи генетически. Перечислим некоторые опыты, которыми это предположение можно подкрепить. Известны опыты Дж. Гердона по пересадке ядер. Из оплодотворенной яйцеклетки лягушки извлекалось ее ядро, а вместо него вводилось ядро из эпителиальной или другой клетки лягушки. Яйцеклетка развивалась и делилась, в итоге получалась нормальная лягушка. Это показывает, что ядерные генетические аппараты яйцеклетки и клетки эпителия взаимозаменяемы. На аналогичные соображения наводят многочисленные случаи вегетативного размножения у животных и растений: дочерние особи, неотличимые от родительских, возникают из соматических клеток последних.
Современные методы молекулярной биологии и генной инженерии позволяют применить другой подход. Прямо сравнить первичную структуру всей ДНК из двух клеток в настоящее время невозможно, но любой отдельный ген можно выделить и охарактеризовать его положение в хромосоме, количество копий этого гена на клетку, его первичную структуру. Затем можно выяснить, во всех ли клетках имеется этот ген и одинаково ли он расположен.
Но, наряду с правилом генетической идентичности клеток, встречаются отклонения от этого правила. Начнем с наиболее демонстративных. Так, в некоторых клетках многоклеточных организмов нет ядра (эритроциты млекопитающих, зрелые ситовидные трубки флоэмы). У этих же клеток нет митохондрий. Во многих растительных клетках нет пластид или варьируется их общее количество (и, соответственно, количество пластидной ДНК). В ряде растительных и животных клеток может меняться число митохондрий и митохондриальной ДНК.
В генетический материал, содержащийся в клетке, можно включить плазмиды бактерий и грибов, а также размножающиеся внутри клетки вирусы. Понятно, что количество и состав этих генетических элементов не одинаковы в разных клетках (например, РНК — содержащий вирус полиомиелита поражает клетки слизистой оболочки кишечника, а ДНК — содержащий вирус гепатита В — клетки печени).
Клетки могут отличаться по количеству наборов хромосом. Как известно, высшие эукариоты в основном диплоидны. Однако в составе в основном диплоидных организмов обязательно встречаются гаплоидные клетки (прошедшие мейоз предшественницы половых клеток; сами половые клетки; эндосперм у голосеменных).
Эндосперм покрытосеменных триплоиден. В организме животных повышена плоидность клеток ряда органов (в печени, например, клетки могут быть октаплоидны; сильно умножается число хромосомных наборов в слюнных железах насекомых). У споровых растений есть самостоятельное гаплоидное поколение, формирующее гаметы, но при этом у мхов диплоидное поколение формируется прямо на гаплоидном. В жизненных циклах грибов встречаются разнообразные сочетания клеток разной плоидности.
Умножаться или утрачиваться могут не полные наборы, а отдельные хромосомы. (Если такое происходит в зиготе, то это обычно ведет к наследственным болезням. Правда, тогда все клетки организма хоть и аномальны, но одинаковы, и данный случай не является ответом на вопрос.)
Далее, имеется великое множество примеров, когда отдельные гены меняют свое положение внутри одной хромосомы или даже переходят в другую. В разных клетках это может происходить по — разному. Иногда направленные перестройки ДНК происходят в ходе индивидуального развития организма. Например, в раннем развитии яиц некоторых пресноводных рачков имеется особая стадия, когда все клетки, кроме одной, одновременно утрачивают большое количество ДНК. Эта ДНК ничего не кодирует (так называемая сателлитная ДНК). У взрослого организма большинство клеток содержит мало сателлитной ДНК, и только клетки зародышевого пути, чья предковая клетка оставалась без изменений, содержат всю сателлитную ДНК.
Наконец, многие клетки организмов время от времени делятся, и во всех клетках без исключения идет репарация — «залечивание» случайных повреждений в цепях ДНК. И тот, и другой процессы идут хоть и с высокой, но не со стопроцентной точностью. Ошибки репарации и репликации — важнейший источник мутаций. В разных соматических клетках организма набор этих мутаций обязательно оказывается разным. Кстати, на этом основан один из способов получения новых сортов растений. Так как из одной клетки, например, листа растения можно вырастить целое растение, то поступают следующим образом: выделяют много клеток из многих листьев, из них выращивают целые растения, а поскольку в исходных клетках были разные мутации, то и среди полученных растений в изобилии находят мутантов, в том числе иногда с нужными свойствами.