Ген

2023 Автор: Noah Black | [email protected]. Последно модифициран: 2023-08-25 04:38

Навигация за влизане

• Съдържание за участие
• библиография
• Академични инструменти
• Friends PDF Preview
• Информация за автора и цитирането
• Върнете се в началото

ген

За първи път публикуван вторник, 26 октомври 2004 г.; съществена ревизия Чт 19 февруари 2015 г.

„Не може да има малко съмнение“, твърди философът и биохимик Лени Мос през 2003 г., „че идеята за„ гена “е била централната организираща тема на биологията на ХХ век“(Moss 2003, xiii; ср. Keller 2000, 9), И все пак е ясно, че науката за генетиката никога не е давала едно общоприето определение на гена. Повече от сто години генетични изследвания по-скоро доведоха до разпространението на различни генетични понятия, които понякога се допълват, понякога си противоречат. Някои философи и учени са се опитали да поправят тази ситуация, като редуцират това разнообразие от генни концепции, или „вертикално“до основна единица, или „хоризонтално“, като ги подчиняват под общ термин. Други са избрали по-плуралистични позиции. Като последствие,„Генът“се превърна в гореща тема във философията на науката, около която въпросите за редукцията, появата или превъзходството на понятията и теориите (заедно с епистемичните същества, към които се отнасят) са оживени. Засега обаче всички опити за постигане на консенсус по тези въпроси бяха неуспешни. Днес, след завършването на последователността на човешкия геном и началото на така наречената ера на постгеномиката, генетиката отново преживява време на концептуални промени. Концепцията за гена, възникнала след един век на генетични изследвания, е била и продължава да бъде, както Рафаел Фолк ни напомни не толкова отдавна, „концепция в напрежение“(Falk 2000).всички опити за постигане на консенсус по тези въпроси бяха неуспешни. Днес, след завършването на последователността на човешкия геном и началото на така наречената ера на постгеномиката, генетиката отново преживява време на концептуални промени. Концепцията за гена, възникнала след един век на генетични изследвания, е била и продължава да бъде, както Рафаел Фолк ни напомни не толкова отдавна, „концепция в напрежение“(Falk 2000).всички опити за постигане на консенсус по тези въпроси бяха неуспешни. Днес, след завършването на последователността на човешкия геном и началото на така наречената ера на постгеномиката, генетиката отново преживява време на концептуални промени. Концепцията за гена, възникнала след един век на генетични изследвания, е била и продължава да бъде, както Рафаел Фолк ни напомни не толкова отдавна, „концепция в напрежение“(Falk 2000).както ни напомни Рафаел Фолк не толкова отдавна, „концепция в напрежение“(Falk 2000).както ни напомни Рафаел Фолк не толкова отдавна, „концепция в напрежение“(Falk 2000).

Следователно оформлението на следващата статия ще бъде до голяма степен историческа. Съществуват няколко разказа за историческото развитие и диверсификация на генната концепция, написана от гледна точка на историята на идеите (Dunn 1965; Stubbe 1965; Carlson 1966, 2004; Schwartz 2008). Макар че до голяма степен ще следваме конвенционалната времева линия на събитията, установена от тази литература, ще вземем малко по-различна гледна точка, като гледаме на гените като епистемични обекти, т.е. като на обекти, подложени на текущи изследвания. Това означава, че ние не просто ще свързваме установените понятия на "гена", а по-скоро ще анализираме как променящите се експериментални практики и експериментални системи определят и модифицират такива понятия (виж също вписването на експеримента в биологията). След като създаде богата историческа „панорама“на гена като „концепция в поток“,за да се избере подсказващ термин, въведен от Йехуда Елкана (1970; срв. Falk 1986), ще бъдат разгледани накратко някои по-общи философски теми, за които генът е послужил като удобна „дръжка” в дискусията. Те се въртят около темата за редукцията, но включват и въпроси за причинно-следствената връзка в живите системи (за по-пълни сведения вижте записите за молекулярната биология, молекулярната генетика, биологичната информация и редукционизма в биологията; виж Griffiths and Stotz 2013).но също така включват въпроси за причинно-следствената връзка в живите системи (за по-пълни сведения вижте записите за молекулярната биология, молекулярната генетика, биологичната информация и редукционизма в биологията; за скорошно третиране на продължителността на монографията на философски въпроси, свързани с генетиката, вижте Griffiths и Stotz 2013).но също така включват въпроси за причинно-следствената връзка в живите системи (за по-пълни сведения вижте записите за молекулярната биология, молекулярната генетика, биологичната информация и редукционизма в биологията; за скорошно третиране на продължителността на монографията на философски въпроси, свързани с генетиката, вижте Griffiths и Stotz 2013).

• 1. Праистория на ген
• 2. Гена в класическата генетика
• 3. Гена в молекулярната генетика
• 4. Гена в развитието и еволюцията
• 5. Въпросът за намалението
• библиография
• Академични инструменти
• Други интернет ресурси
• Свързани записи

1. Праистория на ген

Преди да се справим с историческите етапи на заплетеното развитие на генната концепция, ще трябва да видим как тя се е появила. Едва през деветнадесети век наследствеността се превръща в основен проблем, който трябва да бъде решен в биологията (Лопес Белтран 2004; Мюлер-Вил и Райнбергер 2007 и 2012). С нарастването на наследствеността като биологична изследователска област възникна въпросът за нейната материална основа и за механизма му. През втората половина на деветнадесети век бяха предложени две алтернативни рамки за справяне с този въпрос. Първият мисли за наследствеността като сила, чиято сила е натрупана през поколенията и която като измерима величина може да бъде подложена на статистически анализ. Тази концепция е особено широко разпространена сред животновъдите от XIX век (Gayon и Zallen 1998) и повлиява на Франсис Галтън и на така наречената „биометрична школа“(Gayon 1998, 105-146). Втората рамка разглежда наследствеността като пребиваваща в материята, която се предава от едно поколение на следващо. Тук трябва да се разграничат две основни тенденции. Единият от тях счита наследствената материя за частици и подлежи на анализ на развъждането. Чарлз Дарвин например нарече предполагаемите наследствени частици „скъпоценни камъни“; Уго де Врис, „пангени“. Никой от тези автори от деветнадесети век обаче не е мислил да свърже тези частици с определена наследствена субстанция. Всички те вярваха, че се състоят от същите неща, от които е направена останалата част от организма, така че самият им растеж, т.е.рекомбинацията и натрупването масово биха направили видими конкретните черти, за които са отговорни. Втора категория биолози през втората половина на деветдесети век, към която принадлежат Карл Наегели и Август Вайсман, разграничава телесната субстанция, „трофоплазма“или „сома“от специфично наследствено вещество, „идиоплазма“или „зародиш“плазъм”, за който се предполагаше, че е отговорен за наследствената приемственост между поколенията. Те обаче приеха това идиоплазмено вещество за несъществуващо, но високо организирано. В случая на Weismann той остава непокътнат в зародишните клетки, но необратимо диференциран в клетките на тялото по време на развитието. В случая с Naegeli тя се простира дори от клетка до клетка и по цялото тяло, капилярна наследствена система, аналогична на нервната система (Robinson 1979;Чърчил 1987, Райнбергер 2008).

Мендел се откроява сред тези биолози, въпреки че е работил в рамките на добре дефинирана ботаническа традиция на хибридните изследвания. Той обикновено се счита за предшественик на генетиката на ХХ век (виж обаче Olby 1979 и, за по-скорошна дискусия, Orel и Hartl 1997). Както твърди Жан Гейон, книгата на Мендел от 1865 г. атакува наследствеността от изцяло нов ъгъл, интерпретирайки го не като измерима величина, както направи биометричната школа на по-късен етап, а като „определено ниво на организация“, „структура в дадено поколение да бъде изразено в контекста на специфични кръстове. Ето защо Мендел прилага „смятане на различията“, т.е. комбинаторна математика за разрешаване на наследствените явления (Gayon 2000, 77-78). С това,той въведе нов официален инструмент за анализ на експерименти с хибридизация, който същевременно се основава на нов експериментален режим: подбор на двойки алтернативни и „постоянни“(т.е. наследствени) черти. Мендел вярва, че тези черти са свързани с „постоянен закон за развитие“с определени „елементи“или „фактори“в репродуктивните клетки, от които се развиват организмите. Анализът на разпределението на алтернативните черти в потомството на хибридите би могъл да разкрие нещо за връзката, в която са влезли основните „фактори”, когато се обединяват в хибридния родителски организъм (Müller-Wille и Orel 2007). Мендел вярва, че тези черти са свързани с „постоянен закон за развитие“с определени „елементи“или „фактори“в репродуктивните клетки, от които се развиват организмите. Анализът на разпределението на алтернативните черти в потомството на хибридите би могъл да разкрие нещо за връзката, в която са влезли основните „фактори”, когато се обединяват в хибридния родителски организъм (Müller-Wille и Orel 2007). Мендел вярва, че тези черти са свързани с „постоянен закон за развитие“с определени „елементи“или „фактори“в репродуктивните клетки, от които се развиват организмите. Анализът на разпределението на алтернативните черти в потомството на хибридите би могъл да разкрие нещо за връзката, в която са влезли основните „фактори”, когато се обединяват в хибридния родителски организъм (Müller-Wille и Orel 2007).

2. Гена в класическата генетика

1900 г. може да се разглежда като „anus mirabilis“, който роди нова дисциплина, която скоро ще се нарича генетика. През тази година трима ботаници, Уго де Врис, Карл Корънс и Ерих Цермак, съобщават за своите развъдни експерименти от края на 90-те години и твърдят, че са потвърдили закономерностите в предаването на герои от родители на потомство, които Мендел вече е представил в своя семенна хартия от 1865 г. (Olby 1985, 109-37). По принцип, в техните експериментални кръстове с Zea mays, Pisum и Phaseolus, те забелязват, че елементите, отговорни за двойки алтернативни черти, „алеломорфи“в по-късната терминология на Уилям Бейтсън (1902), които скоро влизат в обща употреба под съкращението от „алели“, разделени на случаен принцип във второто поколение на синовете (законът на Мендел за сегрегация),и че тези елементи са предадени независимо един от друг (закон на Мендел за независим асортимент). Допълнителното наблюдение, че понякога няколко елемента се държат така, сякаш са свързани, допринесе за предположението, което скоро се насърчава от Уолтър Сатън и от Теодор Бовери, че тези елементи са разположени на групи върху различни хромозоми в ядрото. По този начин хромозомната теория за наследяване предполага, че закономерностите на предаване на характера са основани на цитоморфологията, по-специално на ядрената морфология с нейните индивидуални хромозоми, запазващи идентичността им през поколенията (Coleman 1965; Martins 1999).допринесоха за предположението, по-скоро промотирано от Уолтър Сътън и от Теодор Бовери, че тези елементи са разположени на групи върху различни хромозоми в ядрото. По този начин хромозомната теория за наследяване предполага, че закономерностите на предаване на характера са основани на цитоморфологията, по-специално на ядрената морфология с нейните индивидуални хромозоми, запазващи идентичността им през поколенията (Coleman 1965; Martins 1999).допринесоха за предположението, по-скоро промотирано от Уолтър Сътън и от Теодор Бовери, че тези елементи са разположени на групи върху различни хромозоми в ядрото. По този начин хромозомната теория за наследяване предполага, че закономерностите на предаване на характера са основани на цитоморфологията, по-специално на ядрената морфология с нейните индивидуални хромозоми, запазващи идентичността им през поколенията (Coleman 1965; Martins 1999).

Въпреки първоначалната съпротива от страна на биометричната школа (Provine 1971; Mackenzie and Barnes 1979), осъзнаването бързо нараства, че възможността за независим асортимент от дискретни наследствени фактори според законите на вероятността трябва да се разглежда като основен камък на нова „парадигма“”На наследство (Ким 1994). Това стана заедно след първоначален период на конфликт от това, което Елоф Карлсън нарече "заблуда на единен характер" (Carlson 1966, ch. 4) с установяването на категорично разграничение между генетичните фактори, от една страна, и чертите или характерите от друга. ръка. Маскиращият ефект на доминиращите черти над рецесивните и последващото повторно появяване на рецесивни черти бяха особено важни за стабилизирането на това разграничение (Falk 2001). Освен това тя резонира с по-ранната концепция за два материални режима,един зародиш и един телесен, вече промотиран от Naegeli и Weismann.

И все пак, ако - както Коренс заяви в първия си преглед на новата Менделска литература през 1901 г. - „не можем да поддържаме идеята за трайно фиксиране [на наследствените фактори] в зародишната плазма, но трябва да предположим, поради тяхната смесимост, някои мобилност поне в определени моменти “и ако хромозомното свързване е възможно, но не и необходим и общ механизъм за предаване на структурата в наследство, как се обяснява последователното и редовно физиологично разгръщане на диспозициите (Anlagen) в подреденото развитие на организма? За да разреши тази трудност, Коррънс излезе със следното, както той го нарече, „ерес“:

Предлагам да има локуса на Anlagen, без постоянна фиксация, в ядрото, особено в хромозомите. Освен това предполагам, че извън ядрото в протоплазмата е механизъм, който се грижи за тяхното разгръщане. Тогава Anlagen може да се смеси, колкото могат, като цветните малки камъни в калейдоскоп; и въпреки това те се разгръщат на правилното място ([1901], цитирано от Correns 1924, 279).

По този начин Корренс в началото на първото десетилетие на ХХ век отличава наследствено пространство с независима логика и показатели от друго, физиологично и развитие пространство, представено от цитоплазмата. Към края на първото десетилетие на ХХ век, след като през 1906 г. Бейтсън е въвел термина генетика за новопоявилите се изследвания на трансмисия, Вилхелм Йохансен кодифицира това разграничение, въвеждайки съответно понятията генотип и фенотип за тези две пространства, За разлика от Коренс, Йохансен счита генотиопа и фенотипа за абстрактни образувания, не ги ограничава до определени клетъчни пространства и остава скептичен към хромозомната теория за наследяване през целия си живот. Освен това, за елементите на генотипа Йохансен предложи понятието ген, т.е.което за него беше концепция „напълно освободена от всякакви хипотези“относно локализацията и материалната конституция (Johannsen 1909, 124).

Кодификацията на Йохансен, която се основава на подхода на "чистата култура" на микробиологията, практиките на селекционерите за разделяне на "чисти линии", както и на представата на Ричард Уолтерек за вродена "норма на реакция", постепенно се възприема от генетичната общност и дълбоко белязана. цялата биология на ХХ век (Allen 2002, Müller-Wille 2007). Можем спокойно да кажем, че той е създал гена като епистемичен обект, който трябва да се изучава в рамките на неговото правилно пространство и с това „точна, експериментална доктрина за наследствеността“(Johannsen 1909, 1), която се концентрира само върху предаването, а не върху развитието на организма в неговата среда. Някои историци говорят за „развод“, генетичен от ембриологичните опасения по отношение на това разделяне (Allen 1986; Bowler 1989). Други твърдят, че това разделяне само по себе си е израз на ембриологичните интереси на ранните генетици в търсенето на „инварианти в развитието“(Gilbert 1978; Griesemer 2000). Колкото и да е, резултатът беше, че отношенията между двете пространства, някога разделени чрез абстракция, сега бяха изяснени експериментално сами по себе си (Falk 1995). Мишел Моранж отбеляза, че това „разделение е логично абсурдно“- от заден план, но „исторически и научно необходимо“(Morange 2001, 9). Мишел Моранж отбеляза, че това „разделение е логично абсурдно“- от заден план, но „исторически и научно необходимо“(Morange 2001, 9). Мишел Моранж отбеляза, че това „разделение е логично абсурдно“- от заден план, но „исторически и научно необходимо“(Morange 2001, 9).

Самият Йохансен подчерта, че генотипът трябва да се третира като независим от всяка житейска история и по този начин, поне в рамките на времето, в което са работили научните изследвания, като „ахисторично” образувание, което може да се изследва научно като предметите на физиката и химията (Йохансен 1911, 139; вж. Чърчил 1974; Roll-Hansen 1978 a). „Личните качества на всеки отделен организъм изобщо не предизвикват качествата на неговото потомство; но качествата както на прародител, така и на потомък се определят по един и същ начин от естеството на сексуалните вещества “, твърди Йохансен (Johannsen 1911, 130). За разлика от повечето Мендели обаче той остава убеден, че генотипът ще притежава цялостна архитектура - както се изразява в понятието „тип”. Следователно той е имал резерви по отношение на нейните прахови частици,и особено предупреди, че понятието „гени за определен характер“винаги трябва да се използва предпазливо, ако не се пропусне напълно (Johannsen 1911, 147). Йохансен също остана съзнателно агностичен по отношение на материалната конституция на генотипа и неговите елементи. Той ясно призна, че експерименталният режим на Менделската генетика, макар и научен по своя характер като физика или химия, нито изисква, нито позволява да има някакво категорично предположение за материалната структура на генетичните елементи. "Лично", пише той още през 1923 г., "вярвам в голямо централно нещо, което все още не се дели на отделни фактори", идентифицирайки това "нещо" със специфичната природа на организма. "Мухите от мухите в прекрасните експерименти на Морган", обясни той,„Продължете да бъдете мушички, дори ако те изгубят всички добри гени, необходими за нормалния мухален живот, или ако са обладани от всички лоши гени, вредни за благосъстоянието на този малък приятел на генетика“(Johannsen 1923, 137).

За тази сметка гените са взети като абстрактни елементи от еднакво абстрактно пространство, чиято структура обаче може да бъде изследвана чрез видимия и количествено измерим резултат от размножителните експерименти въз основа на моделни организми и техните мутанти. Това стана изследователската програма на Томас Хънт Морган и неговата група. От началото на 10-те години на 20-те години на миналия век, нарастващата общност от изследователи около Морган и техните последователи използваха мутанти на плодовата муха Drosophila melanogaster, конструирани по все по-сложни начини, за да създадат карта на генотипа на плодовите мухи, в който гените, и техните алели, фигурирани като генетични маркери, заемащи определен локус на една от четирите хомоложни хромозомни двойки на мухата (Kohler 1994). Основните предположения, които позволяват на програмата да работи, бяха, че гените са разположени в линеен ред по протежение на различните хромозоми (като "мъниста на струна", както го е казал Морган през 1926 г., 24) и че честотата на рекомбинационните събития между хомоложните хромозоми, тоест честотата на кръстосания по време на разделение на редукцията, дава мярка за разстоянието между гените, като в същото време ги определя като единици на рекомбинация (Morgan et al. 1915).

В тази практика идентифициращите се аспекти на фенотипа, за които се предполага, че се определят директно от гените по съзнателно черна кутия, се използват като индикатори или прозорци за прогноза за формалната структура на генотипа. Това е, което Мос нарече „Gene-P” (P означава фенотип, но също така и за преформативен; Moss 2003, 45 - за аналог, „Gene-D”, вижте по-долу). През цялата си кариера Морган остава наясно с формалния характер на програмата си. Още през 1933 г., по повод нобеловия си адрес, той заявява: „На нивото, на което лежат генетичните експерименти, това не прави и най-малка разлика дали генът е хипотетична единица или дали генът е материална частица“(Морган 1935, 3). По-специално, нямаше значение дали едно към едно,или по-сложни взаимоотношения царували между гени и черти (Waters 1994). Морган и неговата школа бяха добре наясно, че като правило много гени са участвали в развитието на определена черта като например цвят на очите и че един ген може да повлияе на няколко знака. За да се справят с тази трудност и в съответствие с експерименталния им режим, те приеха диференциална концепция за гена. Имаше значение за тях връзката между промяна в гена и промяна в черта, а не естеството на самите тези образувания. По този начин промяната на черта може да бъде причинено свързана с промяна в (или загуба на) на един генетичен фактор, дори ако е правдоподобно, че черта като цвят на очите всъщност се определя от цяла група от различни взаимодействащи гени (Roll-Hansen 1978 b; Schwartz 2000). Морган и неговата школа бяха добре наясно, че като правило много гени са участвали в развитието на определена черта като например цвят на очите и че един ген може да засегне няколко знака. За да се справят с тази трудност и в съответствие с експерименталния им режим, те приеха диференциална концепция за гена. Имаше значение за тях връзката между промяна в гена и промяна в черта, а не естеството на самите тези образувания. По този начин промяната на една черта може да бъде причинно свързана с промяна в (или загуба на) на един генетичен фактор, дори ако е правдоподобно, че черта като цвят на очите всъщност се определя от цяла група от различни взаимодействащи гени (Roll-Hansen 1978 b; Schwartz 2000). Морган и неговата школа бяха добре наясно, че като правило много гени са участвали в развитието на определена черта като например цвят на очите и че един ген може да засегне няколко знака. За да се справят с тази трудност и в съответствие с експерименталния им режим, те приеха диференциална концепция за гена. Имаше значение за тях връзката между промяна в гена и промяна в черта, а не естеството на самите тези образувания. По този начин промяната на черта може да бъде причинено свързана с промяна в (или загуба на) на един генетичен фактор, дори ако е правдоподобно, че черта като цвят на очите всъщност се определя от цяла група от различни взаимодействащи гени (Roll-Hansen 1978 b; Schwartz 2000).много гени са участвали в развитието на определена черта като например цвят на очите и че един ген може да засегне няколко знака. За да се справят с тази трудност и в съответствие с експерименталния им режим, те приеха диференциална концепция за гена. Имаше значение за тях връзката между промяна в гена и промяна в черта, а не естеството на самите тези образувания. По този начин промяната на една черта може да бъде причинно свързана с промяна в (или загуба на) на един генетичен фактор, дори ако е правдоподобно, че черта като цвят на очите всъщност се определя от цяла група от различни взаимодействащи гени (Roll-Hansen 1978 b; Schwartz 2000).много гени са участвали в развитието на определена черта като например цвят на очите и че един ген може да засегне няколко знака. За да се справят с тази трудност и в съответствие с експерименталния им режим, те приеха диференциална концепция за гена. Имаше значение за тях връзката между промяна в гена и промяна в черта, а не естеството на самите тези образувания. По този начин промяната на една черта може да бъде причинно свързана с промяна в (или загуба на) на един генетичен фактор, дори ако е правдоподобно, че черта като цвят на очите всъщност се определя от цяла група от различни взаимодействащи гени (Roll-Hansen 1978 b; Schwartz 2000).те приеха диференциална концепция за гена. Имаше значение за тях връзката между промяна в гена и промяна в черта, а не естеството на самите тези образувания. По този начин промяната на една черта може да бъде причинно свързана с промяна в (или загуба на) на един генетичен фактор, дори ако е правдоподобно, че черта като цвят на очите всъщност се определя от цяла група от различни взаимодействащи гени (Roll-Hansen 1978 b; Schwartz 2000).те приеха диференциална концепция за гена. Имаше значение за тях връзката между промяна в гена и промяна в черта, а не естеството на самите тези образувания. По този начин промяната на една черта може да бъде причинно свързана с промяна в (или загуба на) на един генетичен фактор, дори ако е правдоподобно, че черта като цвят на очите всъщност се определя от цяла група от различни взаимодействащи гени (Roll-Hansen 1978 b; Schwartz 2000).определена от цяла група от различни взаимодействащи гени (Roll-Hansen 1978 b; Schwartz 2000).определена от цяла група от различни взаимодействащи гени (Roll-Hansen 1978 b; Schwartz 2000).

Очарованието на тази генна концепция се състоеше в това, че тя работеше, ако се прилага правилно, като инструмент за прецизност в проучванията за развитие и еволюция. От една страна, класическият ген позволява да се идентифицират процесите на развитие през поколенията. В резултат на това процедурите на класическата генетика скоро бяха интегрирани с многообразието от методи, които ембриолозите са разработили от края на деветнадесетото до „проследяване” на развитието. (Griesemer 2007). От друга страна, генетици на математическа популация като Роналд А. Фишър, JBS Haldane и Sewall Wright биха могли да използват класическия ген с еднаква строгост и прецизност, за да разработят тествани математически модели, описващи ефектите на еволюционните фактори като селекция и мутация върху генетичните състав на популациите (Provine 1971). В резултат на това еволюцията се преопределя като промяна на честотата на гените в генофонда на популация в това, което обикновено се нарича „еволюционният“, „неодарвинският“или просто „съвременният синтез“от края на 30-те и началото на 40-те години (Mayr & Provine 1980, Gayon 1998). Разглеждан като „инвариант на развитието“в репродукцията, като се подчинява единствено на Менделските закони при предаването му от поколение на поколение, класическият ген осигурява един вид инерционен принцип, срещу който се въздействат както ефектите, така и епистазата, инхибирането, позиционните ефекти и т.н.) и еволюционните фактори (селекция, мутация, изолация, рекомбинация и т.н.) могат да бъдат измерени с максимална точност (Gayon 1995, 74). Ще разгледаме еволюционния синтез в третия раздел; за останалата част от този раздел,бихме искали да се обърнем към ранната история на генетиката на развитието, която изигра важна роля в евентуалната „реификация“на гена.

Въпреки формалния характер на класическия ген, през 20-те години на миналия век се превърна в убеждението на много генетици, сред които и студентът от Морганс Херман Дж. Мюлер, че гените трябва да са материални частици. Мюлер вижда гените като основно надарени с две свойства: този на автокатализата и този на хетерокатализата. Автокаталитичната им функция им позволява да се възпроизвеждат като предавателни единици и по този начин да свързват генотипа на едно поколение с това на следващото. Тяхната съпътстваща способност да възпроизвеждат мутации вярно, след като те са се появили, породи по тази причина възможността за еволюция. Техните хетерокаталитични възможности ги свързват с фенотипа, като единици на функцията, участващи в изразяването на определен характер. Със собствената си експериментална работа Мюлер добави значителен аргумент за съществеността на гена, т.е.отнасящи се до третия аспект на гена като единица мутация. През 1927 г. той съобщава за индуцирането на Менделски мутации в Drosophila чрез използване на рентгенови лъчи. Той не е първият, който използва радиация за предизвикване на мутации, но изтъква своето заключение, че рентгеновите лъчи причиняват мутации, като променят някаква молекулна структура по постоянен начин, като по този начин създават цяла „индустрия“на радиационна генетика през 30-те и 1940.

Но само експерименталната практика на рентгенография не може да отвори пътя към материална характеристика на гените като единици на наследственост. По случай петдесетата годишнина от преоткриването на творчеството на Мендел през 1950 г., Мюлер по този начин трябваше да признае: „[T] той наистина ядро на генната теория все още се намира в дълбоката неизвестност. Тоест, все още нямаме действителни познания за механизма, който стои в основата на това уникално свойство, което прави един ген ген - неговата способност да предизвиква синтеза на друга структура като себе си, [в] която дори мутациите на първоначалния ген се копират. [Ние все още не знаем такива неща в химията “(Muller 1951, 95-96).

Междувременно цитологичната работа също добави доверие към значимостта на гените на хромозомите. В същото време обаче това допълнително усложнява представата за класическия ген. През 30-те години на миналия век цитогенетикът Теофил Пейнтър съпоставя формалните модели на изместване на генетичните локуси върху картите на хрогазома на Морган, със съответните видими промени в схемата на свързване на гигантските хромозоми на слюнчените жлези на Drosophila. Barbara McClintock успя да проследи с микроскопа си промените-транслокации, инверсии и делеции, предизвикани от рентгенови лъчи в хромозомите на Zea mays (царевица). В същото време Алфред Стъртевант в експерименталната си работа върху ефекта „Бар-око“в Дрозофила в края на 20-те години на миналия век е показал това, което се нарича позиционен ефект:експресията на мутация зависи от позицията, която съответният ген заема в хромозомата. Тази констатация разбуни широки дискусии за това, което Мюлер нарече хетерокаталитичен аспект на гена, а именно неговата функционална връзка с експресията на определена фенотипна черта. Ако функция на гените зависеше от позицията му в хромозомата, стана въпрос дали тази функция изобщо е стабилно свързана с този ген, или както по-късно предположи Ричард Голдшмид, дали физиологичната функция изобщо не е въпрос на организацията на генетичния материал като цяло, а не от частици гени (Goldschmidt 1940; вж. Dietrich 2000 и Richmond 2007). Тази констатация разбуни широки дискусии за това, което Мюлер нарече хетерокаталитичен аспект на гена, а именно неговата функционална връзка с експресията на определена фенотипна черта. Ако функция на гените зависеше от позицията му в хромозомата, стана въпрос дали тази функция изобщо е стабилно свързана с този ген, или както по-късно предположи Ричард Голдшмид, дали физиологичната функция изобщо не е въпрос на организацията на генетичния материал като цяло, а не от частици гени (Goldschmidt 1940; вж. Dietrich 2000 и Richmond 2007). Тази констатация разбуни широки дискусии за това, което Мюлер нарече хетерокаталитичен аспект на гена, а именно неговата функционална връзка с експресията на определена фенотипна черта. Ако функция на гените зависеше от позицията му в хромозомата, стана въпрос дали тази функция изобщо е стабилно свързана с този ген, или както по-късно предположи Ричард Голдшмид, дали физиологичната функция изобщо не е въпрос на организацията на генетичния материал като цяло, а не от частици гени (Goldschmidt 1940; вж. Dietrich 2000 и Richmond 2007).или както по-късно предположи Ричард Голдшмид, дали физиологичната функция изобщо не е въпрос на организацията на генетичния материал като цяло, а не на частични гени (Goldschmidt 1940; вж. Dietrich 2000 и Richmond 2007).или както по-късно предположи Ричард Голдшмид, дали физиологичната функция изобщо не е въпрос на организацията на генетичния материал като цяло, а не на частични гени (Goldschmidt 1940; вж. Dietrich 2000 и Richmond 2007).

Досега всички експериментални подходи към новата област на генетиката и нейните предполагаеми елементи, гените, бяха мълчаливи по отношение на двата основни мюлерийски аспекта на гена: неговата автокаталитична и хетерокаталитична функция. Към края на 30-те години на миналия век Макс Делбрюк имал интуицията, че въпросът за автокатализата, тоест репликацията, може да бъде атакуван чрез изследване на фаг, т.е. вируси, репликиращи се в бактерии. Отбелязано е обаче, че фаговата система, която той е създал през 40-те години на миналия век, до голяма степен остава формална като тази на класическата дрозофилна генетика. Например, Сиймур Бензер използва тази система по изцяло „класически“начин, за да увеличи способността за генетично картографиране до разстояния на няколко нуклеотидни двойки, като по този начин подготви почвата за хипотезата за последователност на Франсис Крикс. Интересното е, че Бензер стигна до извода, че „генът“е „мръсна дума“, тъй като изведените молекулни размери на гена като единица на функция, рекомбинация и мутация ясно се различават. Следователно той предложи да се посочат генетичните елементи съответно като цистрони, реконци и мутри (Holmes 2006).

Приблизително по същото време Алфред Кюн и неговата група, както и Борис Ефруси с Джордж Бийдъл, успяха да отворят прозорец за пространството между гена и предполагаемата му физиологична функция чрез трансплантация на органи между мутанти и диви насекоми. Изучавайки пигментацията на очите на насекомите, те разбрали, че гените не пораждат директно физиологични вещества, но очевидно първо започват това, което Кюн нарича "първична реакция", водеща до ферменти или ензими, което от своя страна катализира конкретни стъпки в каскадите на метаболитната реакция., През 1941 г. Кюн обобщи перспективата на този вид „развитие-физиологична генетика“, както го нарече:

Ние стоим само в началото на огромна изследователска област. [Нашето] възприемане на изразяването на наследствени черти се променя от повече или по-малко статично и преформистко схващане към динамично и епигенетично. Официалната корелация на отделни гени, картографирани в специфични локуси на хромозомите с определени характери, има само ограничено значение. Всяка стъпка в реализацията на героите е, така да се каже, възел в мрежа от реакционни вериги, от които излъчват много генни действия. Изглежда, че една черта има проста връзка с един ген само докато другите гени от същата верига на действие и други вериги за действие, които са част от един и същ възел, останат същите. Само методически проведено генетично,развитието и физиологичният анализ на голям брой единични мутации могат постепенно да разкрият движещото действие на наследствените разположения (das Wirkgetriebe der Erbanlagen) (Kühn 1941, 258).

Кюн разглежда своите експерименти като началото на преориентация далеч от онова, което той възприема като новия преформатизъм на трансмисионната генетика (Rheinberger 2000a). Той пледира за епигенетика, която да комбинира генетични, развойни и физиологични анализи за дефиниране на хетерокатализа, т.е. експресията на ген в резултат на взаимодействие на две реакционни вериги, едната водеща от гените към определени ферменти, а другата водеща от един метаболитен междинен продукт до следващия чрез намесата на тези ферменти, което води до сложни епигенетични мрежи. Но собствената му експериментална практика през 40-те години го накара да се задържи с завършването на пътя на образуване на пигменти в очите в Ephestia kühniella (брашното-молец). Той не се е опитал да разработи експериментални инструменти, които да атакуват самите генно-ензимни връзки, замесени в процеса. От другата страна на Атлантическия океан, Джордж Бийдъл и Едуард Тейтъм, работещи с култури от Neurospora crassa, кодифицираха последната връзка в една ензимна хипотеза за ген. Но и за тях материалният характер на гените и начинът, по който тези предполагаеми образувания пораждат първични продукти, остават неуловими и извън обсега на техния собствен биохимичен анализ.материалният характер на гените и начинът, по който тези предполагаеми образувания пораждат първични продукти, остават неуловими и извън обсега на техния собствен биохимичен анализ.материалният характер на гените и начинът, по който тези предполагаеми образувания пораждат първични продукти, остават неуловими и извън обсега на техния собствен биохимичен анализ.

По този начин до 40-те години на миналия век генът в класическата генетика вече далеч не е бил просто понятие, съответстващо на просто образувание. Замисляйки гена като единица за предаване, рекомбинация, мутация и функция, класическите генетици комбинират различни аспекти на наследствени явления, чиито взаимоотношения като правило се оказват не прости взаимоотношения едно към едно. Поради липсата на познания за материалната природа на гена, обаче, класическият ген остава до голяма степен формална и оперативна концепция, т.е. трябва да бъде подкрепен косвено от успехите, постигнати в обяснението и прогнозирането на експерименталните резултати. Тази липса, независимо от това, постигнатите успехи на различните научни направления, свързани с класическата генетика, доведоха до "втвърдяване" на вярата в гена като дискретна материална единица (Falk 2000,323-26).

3. Гена в молекулярната генетика

Ензимният изглед на функцията на ген, както е предвидено от Кюн и от Бийдъл и Тейтъм, макар и с предпазлива резерва, даде нов обрат на идеята за генетична специфичност и помогна да се проправи път към молекуларизацията на гена, на който ще бъде посветен този раздел (виж също Kay 1993). Същото може да се каже и за откритията на Освалд Ейвъри и неговите колеги в началото на 40-те години. Те пречистиха дезоксирибонуловата киселина от един щам бактерии и демонстрираха, че той е в състояние да предаде инфекциозните характеристики на този щам на друг, безвреден. И все пак историческият път, довел до разбирането на природата на молекулярния ген, не е пряко проследяване на класическата генетика (вж. Олби 1974 и Morange 2000a). По-скоро беше вградена в свръх-цялата молекуларизация на биологията, водена от прилагането на новоразработени физически и химически методи и инструменти към проблемите на биологията, включително тези на генетиката. Сред тези методи бяха ултрацентрифугиране, рентгенова кристалография, електронна микроскопия, електрофореза, макромолекулно секвениране и радиоактивно проследяване. В биологичния си край тя разчита на прехода към нови сравнително прости моделни организми като едноклетъчни гъби, бактерии, вируси и фаги. Нова култура от физически и химически инструктирани in vitro биологията доведе до това, че в големи части вече не почиват присъствието на непокътнати организми в определена експериментална система (Rheinberger 1997; Landecker 2007). Сред тези методи бяха ултрацентрифугиране, рентгенова кристалография, електронна микроскопия, електрофореза, макромолекулно секвениране и радиоактивно проследяване. В биологичния си край тя разчита на прехода към нови сравнително прости моделни организми като едноклетъчни гъби, бактерии, вируси и фаги. Нова култура от физически и химически инструктирани in vitro биологията доведе до това, че в големи части вече не почиват присъствието на непокътнати организми в определена експериментална система (Rheinberger 1997; Landecker 2007). Сред тези методи бяха ултрацентрифугиране, рентгенова кристалография, електронна микроскопия, електрофореза, макромолекулно секвениране и радиоактивно проследяване. В биологичния си край тя разчита на прехода към нови сравнително прости моделни организми като едноклетъчни гъби, бактерии, вируси и фаги. Нова култура от физически и химически инструктирани in vitro биологията доведе до това, че в големи части вече не почиват присъствието на непокътнати организми в определена експериментална система (Rheinberger 1997; Landecker 2007). Нова култура от физически и химически инструктирани in vitro биологията доведе до това, че в големи части вече не почиват присъствието на непокътнати организми в определена експериментална система (Rheinberger 1997; Landecker 2007). Нова култура от физически и химически инструктирани in vitro биологията доведе до това, че в големи части вече не почиват на присъствието на непокътнати организми в определена експериментална система (Rheinberger 1997; Landecker 2007).

За развитието на молекулярната генетика в по-тесен смисъл, три линии от експериментално изследване се оказаха решаващи. Те не бяха свързани помежду си, когато набраха скорост в края на 40-те години на миналия век, но се случиха да се слеят в началото на 60-те години на миналия век, създавайки нова велика картина. Първата от тези разработки беше изясняването на структурата на дезоксирибонуклеиновата киселина (ДНК) като макромолекулярна двойна спирала от Франсис Крик и Джеймс Д. Уотсън през 1953 г. Тази работа се основава на химическа информация за основен състав на молекулата, предоставена от Ервин Чаргаф, за данни от рентгеновата кристалография, произведени от Розалинд Франклин и Морис Уилкинс, и за изграждането на механичен модел, разработен от Линус Полинг. Резултатът беше картина на двойна верига с нуклеинова киселина, чиито четири основи (Аденин, Тимин, Гуанин,Цитозин) образуват допълнителни двойки (AT, GC), които могат да бъдат подредени във всички възможни комбинации в дълги линейни последователности. В същото време този молекулен модел предложи елегантен механизъм за дублиране на молекулата. Отварянето на нишките и синтезирането на две нови нишки, допълващи се към всяка от отделните нишки, би било достатъчно, за да се създадат две еднакви спирали от една. Това наистина се оказа, въпреки че процесът на дублиране ще се разглежда като разчитащ на сложна машина за молекулярна репликация. Така структурата на ДНК двойната спирала имаше всички характеристики, които трябваше да се очакват от молекула, която служи като автокаталитично наследствено образувание (Chadarevian 2002). В същото време този молекулен модел предложи елегантен механизъм за дублиране на молекулата. Отварянето на нишките и синтезирането на две нови нишки, допълващи се към всяка от отделните нишки, би било достатъчно, за да се създадат две еднакви спирали от една. Това наистина се оказа, въпреки че процесът на дублиране ще се разглежда като разчитащ на сложна машина за молекулярна репликация. Така структурата на ДНК двойната спирала имаше всички характеристики, които трябваше да се очакват от молекула, която служи като автокаталитично наследствено образувание (Chadarevian 2002). В същото време този молекулен модел предложи елегантен механизъм за дублиране на молекулата. Отварянето на нишките и синтезирането на две нови нишки, допълващи се към всяка от отделните нишки, би било достатъчно, за да се създадат две еднакви спирали от една. Това наистина се оказа, въпреки че процесът на дублиране ще се разглежда като разчитащ на сложна машина за молекулярна репликация. Така структурата на ДНК двойната спирала имаше всички характеристики, които трябваше да се очакват от молекула, която служи като автокаталитично наследствено образувание (Chadarevian 2002). Отварянето на нишките и синтезирането на две нови нишки, допълващи се към всяка от отделните нишки, би било достатъчно, за да се създадат две еднакви спирали от една. Това наистина се оказа, въпреки че процесът на дублиране ще се разглежда като разчитащ на сложна машина за молекулярна репликация. Така структурата на ДНК двойната спирала имаше всички характеристики, които трябваше да се очакват от молекула, която служи като автокаталитично наследствено образувание (Chadarevian 2002). Отварянето на нишките и синтезирането на две нови нишки, допълващи се към всяка от отделните нишки, би било достатъчно, за да се създадат две еднакви спирали от една. Това наистина се оказа, въпреки че процесът на дублиране ще се разглежда като разчитащ на сложна машина за молекулярна репликация. Така структурата на ДНК двойната спирала имаше всички характеристики, които трябваше да се очакват от молекула, която служи като автокаталитично наследствено образувание (Chadarevian 2002).

Вторият ред на експеримента, който формира молекулярната генетика, е in vitro характеризирането на процеса на биосинтеза на протеини, за което са допринесли много биохимично работещи изследователи, сред които Пол Замечник, Махлон Хогланд, Пол Берг, Фриц Липман, Маршал Ниренберг и Хайнрих Матей. Тя започва през 40-те години на миналия век като цяло като усилие да се разбере растежа на злокачествените тумори. През 50-те години на миналия век стана ясно, че процесът изисква шаблон на РНК, за който първоначално се смяташе, че е част от микрозомите, върху които се извършва сглобяването на аминокиселини. Освен това се оказа, че процесът на кондензация на аминокиселини е медииран от трансферна молекула с характеристиките на нуклеинова киселина и способността да носи аминокиселина. Следващата идея, че става дума за линейна последователност на рибонуклеинова киселина, получена от една от веригите на ДНК, насочваща синтеза на линейна последователност на аминокиселини или полипептид и че този процес е медииран от адаптерна молекула, скоро беше потвърдено експериментално (Rheinberger 1997). Връзката между тези два класа молекули в крайна сметка се установи, че се управлява от триплетен код на нуклеинова киселина, който се състои от три основи в момент, определящ една аминокиселина (Kay 2000, ch. 6); следователно, хипотезата за последователността и централната догма на молекулярната биология, която Франсис Крик формулира в края на 50-те години:Връзката между тези два класа молекули в крайна сметка се установи, че се управлява от триплетен код на нуклеинова киселина, който се състои от три основи в момент, определящ една аминокиселина (Kay 2000, ch. 6); следователно, хипотезата за последователността и централната догма на молекулярната биология, която Франсис Крик формулира в края на 50-те години:Връзката между тези два класа молекули в крайна сметка се установи, че се управлява от триплетен код на нуклеинова киселина, който се състои от три основи в момент, определящ една аминокиселина (Kay 2000, ch. 6); следователно, хипотезата за последователността и централната догма на молекулярната биология, която Франсис Крик формулира в края на 50-те години:

В най-простата си форма [хипотезата за последователността] се приема, че специфичността на парче нуклеинова киселина се изразява единствено от последователността на неговите основи и че тази последователност е (прост) код за аминокиселинната последователност на определен протеин. [Централната догма] заявява, че след като „информацията“премине в протеин, тя не може да излезе отново. По-подробно може да е възможно прехвърлянето на информация от нуклеинова киселина към нуклеинова киселина или от нуклеинова киселина към протеин, но прехвърлянето от протеин в протеин или от протеин в нуклеинова киселина е невъзможно. Информацията тук означава точното определяне на последователността, или на основи в нуклеиновата киселина, или на аминокиселинни остатъци в протеина (Crick 1958, 152-153).

С тези две основни предположения се появи нов възглед за биологичната специфика. Той беше съсредоточен върху прехвърлянето на молекулен ред от едната макромолекула към другата. В една молекула редът се запазва структурно; в другия той се изразява и дава основа за биологична функция. Този процес на трансфер се характеризира като молекулен трансфер на информация. Оттук нататък гените могат да се разглеждат като участъци от дезоксирибонуклеинова киселина (или рибонуклеинова киселина в някои вируси), носещи информацията за сглобяването на определен протеин. По този начин се смяташе, че и двете молекули са colinear и това наистина се оказва при много бактериални гени. В крайна сметка и двете основни свойства, от които Мюлер се е нуждаел от гени, а именно автокатализа и хетерокатализа, т.е.се възприемаха като разчитащи съответно на един и същ стереохимичен принцип: Основната комплементарност между изграждащите блокове на нуклеинова киселина C / G и A / T (U в случая на РНК) е отговорна за верното дублиране на генетичната информация в процеса на репликация и чрез генетичния код за трансформиране на генетичната информация в биологична функция чрез транскрипция в РНК и превод към протеини.

Кодът се оказа почти универсален за всички класове живи същества, както и механизмите на транскрипция и превод. По този начин генотипът беше преконфигуриран като универсално хранилище на генетична информация, понякога адресирано и като генетична програма. Говоренето за ДНК като въплъщаваща генетична „информация“, като „концепцията на живота“, която управлява обществения дискурс до днес, възникна от своеобразно съединение на физическите и науките за живота по време на Втората световна война с „Какво е животът на Ервин Шрьодингер“като източник на вдъхновение (Schrödinger 1944) и кибернетиката като водеща тогава дисциплина в изучаването на сложни системи. Трябва обаче да се подчертае, че първоначалните опити за „разбиване“на ДНК кода с чисто криптографски средства скоро стигнаха до задънена улица. Накрая биохимиците разгадали генетичния код чрез усъвършенстваните инструменти на тяхната дисциплина (Judson 1996; Kay 2000).

За по-нататъшното развитие на представата за ДНК като „програма“, трябва да разгледаме допълнителна трета линия на експеримента, освен изясняването на структурата на ДНК и механизмите на протеиновия синтез. Тази линия на експеримента произлиза от сливане на бактериална генетика с биохимична характеристика на индуцируема система от метаболизиращи ензими захар. Това до голяма степен бе дело на Франсоа Якоб и Жак Монод и доведе в началото на 60-те години до идентифицирането на пратеника РНК като посредник между гените и протеините и до описанието на регулаторен модел на генно активиране, т.нар. оперон-модел, при който два класа гени се разграничават: Един клас е този на структурните гени. Предполага се, че носят „структурна информация“за производството на конкретни полипептиди. Другият клас беше този на регулаторните гени. Предполага се, че те участват в регулирането на изразяването на структурната информация (как това разграничение стана оспорвано наскоро се обсъжда в Piro 2011). Трети елемент на ДНК, участващ в регулаторния цикъл на оперон, е бил място на свързване или сигнална последователност, която изобщо не е транскрибирана.

Тези три елемента, структурни гени, регулаторни гени и сигнални последователности, предоставят рамката за гледане на самия генотип като на подредена, йерархична система, като на „генетична програма“, както твърди Яков, без да добавя веднага, че това е много особена програма а именно един, който се нуждаеше от собствени продукти, за да бъде изпълнен: „Има само непрекъснатото изпълнение на програма, неразделна от реализацията ѝ. Защото единствените елементи, които могат да интерпретират генетичното послание, са продуктите на това послание”(Яков 1976, 297). Ако вземем сериозно това мнение, въпреки че цялата концепция изглежда като кръг и е критикувана като такава (Keller 2000), в крайна сметка организмът интерпретира или „рекрутира“структурните гени, като активира или инхибира регулаторните гени, които контролират изражението си.

Моделът на Оперон на Яков и Монод бележи този променлив край на простата информационна концепция на молекулния ген. От началото на 60-те години картината на генната експресия става значително по-сложна (за следващото сравнение, сравнете Rheinberger 2000b). Нещо повече, изглежда, че повечето геноми на висшите организми съдържат огромни ДНК участъци, на които все още не може да се възложи функция. "Некодиращи", но функционално специфични, регулаторни ДНК елементи се разпространяват: Съществуват промоторни и терминаторни последователности; активиращи елементи нагоре и надолу по течението в преписани или не-преписани, преведени или нетранслирани региони; лидерни последователности; външно и вътрешно транскрибирани дистанционери преди, между и след структурни гени; взаимосвързани повтарящи се елементи и последователно повторени последователности като спътници,ЛИНИИ (дълги взаимосвързани последователности) и SINE (къси пресичани последователности) от различни класове и размери. Като се имат предвид всички изумителни подробности за тези елементи, не е изненадващо, че тяхната молекулярна функция все още не е напълно разбрана (за преглед вижте Fischer 1995).

Що се отнася до транскрипцията, т.е. синтеза на РНК копие от последователност на ДНК, са открити припокриващи се четящи рамки на една и съща верига ДНК, като е открито, че протеиновите кодиращи участъци произтичат от двете нишки на двойната спирала по припокриващ начин. На нивото на модификация след транскрипцията картината стана еднакво сложна. Още през 60-те години се разбра, че ДНК транскриптите като трансферна РНК и рибозомна РНК трябва да бъдат подрязани и узрели по сложен ензимен начин, за да станат функционални молекули, и че пратените РНК на еукариотите претърпяха обширна посттранскрипционна модификация както на техните 5'-края (затваряне) и техните 3'-краища (полиаденилиране), преди да са готови да влязат в машината за превод. През 70-те, за изненада на всички,Филип Алън Шарп и Ричард Дж. Робъртс независимо откриха, че еукариотните гени са съставени от модули и че след транскрипцията интроните са изрязани и екзоните са сплетени заедно, за да се получи функционално съобщение.

„Генните части“(Gilbert 1978) беше един от първите големи научни изводи на рекомбинантната ДНК технология и оттогава тази технология продължава да бъде добра за неочаквани гледки върху генома и обработката на неговите единици. Сразеният пратеник понякога може да съдържа фракция, по-малка от десет процента или по-малка от основния препис. От края на 70-те години молекулярните биолози се запознават с различни видове РНК сплайсиране на автокаталитично самоспластиране, алтернативно сплайсиране на един единствен препис, за да се получат различни съобщения и дори транспланиране на различни първични стенограми, за да се получи едно хибридно съобщение. В случая на хормона за снасяне на яйца на Aplysia, за да вземем само един пример, един и същ участък от ДНК поражда единадесет протеинови продукта, участващи в репродуктивното поведение на този охлюв. На последно място,е открит още един механизъм или по-скоро клас механизми, които работят на нивото на РНК транскрипти. Нарича се редактор на РНК на месинджъра. В този случай - което междувременно се оказа не просто екзотично любопитство на някои трипанозоми - оригиналният препис не само се изрязва и пасира, но и неговата нуклеотидна последователност се променя системно след транскрипцията. Замяната на нуклеотиди се случва преди започване на транслацията и се медиира от различни водещи РНК и ензими, които изрязват стари и вмъкват нови нуклеотиди по различни начини, за да се получи продукт, който вече не се допълва с ДНК участъка, от който първоначално е получен, и протеин, който вече не е линеен с ДНК последователността в класическия молекулярно биологичен смисъл. Установено е, че клас механизми работят на нивото на РНК стенограмите. Нарича се редактор на РНК на месинджъра. В този случай - което междувременно се оказа не просто екзотично любопитство на някои трипанозоми - оригиналният препис не само се изрязва и пасира, но и неговата нуклеотидна последователност се променя системно след транскрипцията. Замяната на нуклеотиди се случва преди започване на транслацията и се медиира от различни водещи РНК и ензими, които изрязват стари и вмъкват нови нуклеотиди по различни начини, за да се получи продукт, който вече не е допълващ ДНК участъка, от който първоначално е получен, и протеин, който вече не е еднолинеен с последователността на ДНК в класическия молекулярно биологичен смисъл. Установено е, че клас механизми работят на нивото на РНК стенограмите. Нарича се редактор на РНК на месинджъра. В този случай - което междувременно се оказа не просто екзотично любопитство на някои трипанозоми - оригиналният препис не само се изрязва и пасира, но и неговата нуклеотидна последователност се променя системно след транскрипцията. Замяната на нуклеотиди се случва преди започване на транслацията и се медиира от различни водещи РНК и ензими, които изрязват стари и вмъкват нови нуклеотиди по различни начини, за да се получи продукт, който вече не се допълва с ДНК участъка, от който първоначално е получен, и протеин, който вече не е еднолинеен с последователността на ДНК в класическия молекулярно биологичен смисъл. В този случай - което междувременно се оказа не просто екзотично любопитство на някои трипанозоми - оригиналният препис не само се изрязва и пасира, но и неговата нуклеотидна последователност се променя системно след транскрипцията. Замяната на нуклеотиди се случва преди започване на транслацията и се медиира от различни водещи РНК и ензими, които изрязват стари и вмъкват нови нуклеотиди по различни начини, за да се получи продукт, който вече не се допълва с ДНК участъка, от който първоначално е получен, и протеин, който вече не е еднолинеен с последователността на ДНК в класическия молекулярно биологичен смисъл. В този случай - което междувременно се оказа не просто екзотично любопитство на някои трипанозоми - оригиналният препис не само се изрязва и пасира, но и неговата нуклеотидна последователност се променя системно след транскрипцията. Замяната на нуклеотиди се случва преди започване на транслацията и се медиира от различни водещи РНК и ензими, които изрязват стари и вмъкват нови нуклеотиди по различни начини, за да се получи продукт, който вече не се допълва с ДНК участъка, от който първоначално е получен, и протеин, който вече не е еднолинеен с последователността на ДНК в класическия молекулярно биологичен смисъл. Замяната на нуклеотиди се случва преди започване на транслацията и се медиира от различни водещи РНК и ензими, които изрязват стари и вмъкват нови нуклеотиди по различни начини, за да се получи продукт, който вече не се допълва с ДНК участъка, от който първоначално е получен, и протеин, който вече не е еднолинеен с последователността на ДНК в класическия молекулярно биологичен смисъл. Замяната на нуклеотиди се случва преди започване на транслацията и се медиира от различни водещи РНК и ензими, които изрязват стари и вмъкват нови нуклеотиди по различни начини, за да се получи продукт, който вече не се допълва с ДНК участъка, от който първоначално е получен, и протеин, който вече не е еднолинеен с последователността на ДНК в класическия молекулярно биологичен смисъл.

Усложненията с молекулярния биологичен ген продължават на нивото на транслация, т.е. синтеза на полипептид според последователността на триплетите от молекулата на тРНК. Има открития като транслационни стартирания при различни стартови кодони на една и съща РНК на месинджъра; случаи на задължително изместване на кадъра в рамките на дадено съобщение, без което би се получил нефункционален полипептид; и посттранслационна модификация на протеина, като отстраняване на аминокиселини от аминокиселината на преведения полипептид. Има и друго наблюдение, наречено сплитане на протеини, за случаи на които се съобщава от началото на 90-те. Тук части от оригиналния продукт за превод трябва да бъдат разцепени (цели) и други, свързани заедно (екстензиви), преди да се получи функционален протеин. И накрая,скорошно развитие от транслационното поле е, че една рибозома може да успее да преведе две различни месинджърни РНК в един единствен полипептид. Франсоа Грос, след живота си в молекулярната биология, стигна до доста парадоксално звучащото заключение, че с оглед на тази поразителна сложност „експлодираният ген“le gène éclaté би могъл да бъде определен, ако изобщо, само от „продуктите, които са резултат от неговата активност “, тоест функционалните молекули, към които се поражда (Gros 1991, 297). Но изглежда трудно, ако се обмисли, да следваме съветите на Грос за такава обратна дефиниция, тъй като фенотипът щеше да определи генотипа.стигна до доста парадоксално звучащото заключение, че с оглед на тази сложна сложност „експлодираният ген“le gène éclaté би могъл да бъде определен, ако изобщо, само чрез „продуктите, които са резултат от неговата дейност“, тоест функционалните молекули на които тя поражда (Gros 1991, 297). Но изглежда трудно, ако се обмисли, да следваме съветите на Грос за такава обратна дефиниция, тъй като фенотипът щеше да определи генотипа.стигна до доста парадоксално звучащото заключение, че с оглед на тази сложна сложност „експлодираният ген“le gène éclaté би могъл да бъде определен, ако изобщо, само чрез „продуктите, които са резултат от неговата дейност“, тоест функционалните молекули на които тя поражда (Gros 1991, 297). Но изглежда трудно, ако се обмисли, да следваме съветите на Грос за такава обратна дефиниция, тъй като фенотипът щеше да определи генотипа.тъй като фенотипът би дошъл да определи генотипа.тъй като фенотипът би дошъл да определи генотипа.

Последните дебати относно структурата и функцията на генома са съсредоточени около проекта Енциклопедия на ДНК елементи (ENCODE). Проектът има за цел да идентифицира всички функционални елементи в човешкия геном. Резултатите от досегашната работа на консорциума правят вече известните отклонения от класическия модел на молекулния ген като непрекъснат кодиращ протеин регион, флангиран от регулаторните региони, изглежда като правило, а не изключение. До голяма степен изследователите на ENCODE откриха припокриване на стенограми, продукти, получени от широко разделени парчета от ДНК последователност и широко диспергирани регулаторни последователности за даден ген. Откритията също потвърждават, че по-голямата част от генома е транскрибирана и подчертават важността и широкото разпространение на функционалните не-протеин-кодиращи РНК транскрипти, появили се през последното десетилетие, предполагащи „огромен скрит слой от регулаторни транзакции на РНК“(Mattick 2007). В светлината на тези открития е предложено определение на гена, според което „генът е обединение на геномни последователности, кодиращи кохерентна група от потенциално припокриващи се функционални продукти.“(Gerstein et al 2007, 677). Такива дефиниции служат главно за целта за решаване на проблема с поясненията (Baetu 2012), който става особено важен в контекста на нарастващото значение на биоинформатиката и използването на бази данни, която изисква последователна онтология (Leonelli 2008). По-противоречива е идеята за функцията, включена тук. Според консорциума ENCODE техните данни им позволяват „да възлагат биохимични функции за 80% от генома“. (ENCODE Project Consortium 2012, 57), въпреки факта, че според консервативните оценки, само 3–8% от базите са под пречистващ селекция, което обикновено се приема за индикация на последователност. Критиците твърдят, че етиологичното понятие за функция, според което функцията е избран ефект, е по-подходящо в контекста на функционалната геномия (Doolittle et al. 2014), докато други твърдят, че всяка причинна роля на нишка от ДНК може да бъде релевантно, особено в биомедицинските изследвания (вж. Germain et al. 2014 за философско отношение към дискусията). Както забелязахме за предишни обрати в историята на генната концепция, тези разработки са движени от технологичния напредък,по-специално при дълбоко РНК секвениране и при идентифициране на протеин-ДНК взаимодействия.

В заключение може да се каже с Falk (2000, 327), че от една страна, автокаталитичното свойство, приписвано веднъж на гена като елементарна единица, е прехвърлено на ДНК като цяло. Репликацията вече не може да се приеме като специфична за гена като такъв. В края на краищата процесът на репликация на ДНК не се определя от границите на кодиращите региони. От друга страна, както отбелязват много наблюдатели на сцената (Kitcher 1982; Gros 1991; Morange 2001; Portin 1993; Fogle 2000), става все по-трудно да се определят ясно изразени свойства на гена като функционална единица с хетерокаталитичен Имоти. Стана въпрос на избор при контекстуални ограничения за това кои елементи от секвенции да бъдат включени и кои да бъдат изключени във функционалната характеристика на ген. Ето защо някои възприели плуралистично отношение към концепциите за ген. (Burian 2004).

Има различни реакции на тази ситуация. Учени като Томас Фогъл и Мишел Моранж признават, че вече няма точно определение за това, което би могло да се счита за ген. Но те не се притесняват много от тази ситуация и са готови да продължат да говорят за гените в плуралистичен, контекстуален и прагматичен начин (Fogle 1990, 2000; Morange 2000b). Елоф Карлсън и Петър Портин също са заключили, че настоящата генна концепция е абстрактна, обща и открита, въпреки или просто защото настоящите познания за структурата и организацията на генетичния материал са станали толкова изчерпателни и толкова подробни. Но те, като Ричард Буриан (1985), приемат отворени концепции с голям референтен потенциал не само като дефицит, с който да живеят, но и като потенциално продуктивен инструмент в науката. Такива концепции предлагат опции и оставят избор отворен (Carlson 1991, Portin 1993). Философът Филип Китчър, вследствие на всички молекулярни данни за гена, още преди около 25 години похвали „хетерогенен референтен потенциал” на гена като добродетел и направи ултралибералния извод, че „няма молекулярна биология на гена. Има само молекулярна биология на генетичния материал”(Kitcher 1982, 357).

От гледна точка на автокаталитичното и еволюционното измерение на генетичния материал репродуктивната функция, приписана на гените, се оказа функция на целия геном. Процесът на репликация, т.е. трансмисионният аспект на генетиката като такъв, се оказа сложен молекулярен процес, чиято гъвкавост, далеч не се ограничава до разбъркване на ген по време на мейотична рекомбинация, представлява резервоар за еволюция и се управлява от високо сложна молекула машини, включително полимерази, жирази, протеини, свързващи ДНК, ремонтиращи механизми и др. Геномните разлики, насочени чрез селекция, след това могат, но не трябва да стават „разделени в гени“по време на еволюцията, както го е посочил Питър Бъртън (Beurton 2000, 303).

От друга страна, има такива, които приемат хетерокаталитичната променливост на гена като аргумент за третиране на генетичния материал като цяло, следователно и гените, вече не като основни сами по себе си, а по-скоро като ресурс за развитие, който се нуждае да бъде контекстуализиран. Те твърдят, че е дошло време, ако не да се разтвори, то поне да се вгради генетиката в развитието и дори развитието в репродукцията - както предполага Джеймс Гриземер (Griesemer 2000) - и по този начин да вземете конеца там, където Кюн и други го оставиха повече от преди половин век. Следователно Мос определя „Gene-D” (аналог на споменатия по-рано фенотипно определен Gene-P) като „ресурс за развитие (оттук и D), който сам по себе си е неопределен по отношение на фенотипа. Да си ген-D означава да бъдеш транскрипционна единица на хромозома,в които се съдържат молекулярни ресурси на шаблона”(Moss 2003, 46; вж. Moss 2008). На този възглед тези шаблони представляват само един резервоар, върху който се развива процесът на развитие и не са онтологично привилегировани като наследствени молекули.

С молекулярната биология класическият ген „отиде молекулярно“(Waters 1994). По ирония на съдбата първоначалната идея за гените като прости участъци от ДНК, кодиращи протеин, се разтваря в този процес. Веднага след като генът на класическата генетика придоби материалната структура чрез молекулярната биология, биохимичните и физиологичните механизми, които отчитат нейното предаване и експресия, се разпространиха. Развитието на самата молекулярна биология - това предприятие, което толкова често се описва като напълно редукционистко завоевание - направи невъзможно да се мисли за генома просто като съвкупност от парчета съседна ДНК, съвпадаща с линейните протеини, получени от него. В началото на двадесет и първи век, когато резултатите от проекта за човешкия геном бяха своевременно представени на петдесетата годишнина от двойната спирала,молекулярната генетика изглежда е осъществила пълен кръг, пренасочвайки възпроизводството и наследяването вече не от чисто генетично, а от еволюционно-развитие. В същото време генът се превръща в централна категория в медицината през 20-ти век (Lindee 2005) и доминира в дискурсите за здраве и болести в постгеномичната ера (Rose 2007).

4. Гена в еволюцията и развитието

Едно от по-зрелищните събития в историята на биологията на ХХ век като дисциплина, предизвикано от възхода на генетиката (в частност генетиката на математическата популация), беше така нареченият „модерен еволюционен синтез“. В цяла поредица учебници, публикувани от еволюционни биолози като Теодосий Добжански, Ернст Мейр и Джулиан С. Хъксли, резултатите от популационната генетика бяха използвани за възстановяване на Дарвиновата селекционистка еволюция. След „затъмнението на дарвинизма“, което царува около 1900 г. (Bowler 1983), неодарвинизмът отново предоставя обединяваща, обяснителна рамка за биологията, която включва и по-описателните, натуралистични дисциплини като систематика, биогеография и палеонтология (Provine 1971; Mayr & Provine 1980; Smocoovitis 1996).

Скот Гилбърт (2000 г.) е отделил шест аспекта на понятието за гена, както е бил използван в популационната генетика до съвременния еволюционен синтез. Първо, това беше абстракция, образувание, което трябваше да изпълни формални изисквания, но това не беше необходимо и наистина не беше конкретно уточнено. Второ, еволюционният ген трябва да доведе или трябва да бъде свързан с някаква фенотипна разлика, която може да бъде „видяна“или насочена чрез селекция. Трето, и по същия начин, генът на еволюционния синтез беше образуването, което в крайна сметка беше отговорно за селекцията и да продължи през поколенията. Четвърто, генът на еволюционния синтез до голяма степен се приравнява с онова, което молекулярните биолози са нарекли „структурни гени“. Пето, това е ген, експресиран в организъм, който се състезава за репродуктивно предимство. И накрая,тя се възприемаше като голяма самостоятелна единица. Ричард Докинс прие този последен аргумент до крайност, като определи гена като „егоистичен“репликатор със собствен живот, конкуриращ се с колегите си гени и използвайки организма като инструмент за собственото си оцеляване (Dawkins 1976; cf. Sterelny и Китчър 1988).

През последните три десетилетия молекулярната биология, с по-висши организми се движи в централен етап, направи карикатура на този вид еволюционен ген и се премести пред очите ни гени и цели геноми като сложни системи, които не само позволяват да се случи еволюцията, но и да бъдат самите те са подложени на бурен процес на еволюция. Геномът в своята цялост придоби по-гъвкава и динамична конфигурация. Евелин Фокс Келер говори за „реактивни геноми“(Keller 2014). Не само мобилните генетични елементи, характеризиращи се с McClintock преди повече от половин век в Zea mays, са спечелили валута под формата на транспозони, които редовно и нередовно могат да бъдат изрязани и поставени във всички бактериални и еукариотни геноми, има и други форми на разбъркване, които се случват на ниво ДНК. Гигантско количество соматично генно свързване и сплитане на ДНК, например, участва в организирането на имунния отговор. То поражда производството на потенциално милиони различни антитела. Нито един геном не би бил достатъчно голям, за да се справи с подобна задача, ако не беше измислено разделянето на гените и сложната пермутация на техните части по време на еволюцията. Геновите семейства са възникнали от дублиране във времето, съдържащи заглушени гени (понякога наричани псевдогени). Изглежда, че самите гени са до голяма степен възникнали от модули чрез комбинация. Откриваме скачащи гени и множество гени от един вид кодиране за различни протеинови изоформи. Накратко, изглежда, че има цяла батерия от механизми и образувания, които съставляват така нареченото „наследствено дишане“(Gros 1991, 337).участва в организирането на имунния отговор. То поражда производството на потенциално милиони различни антитела. Нито един геном не би бил достатъчно голям, за да се справи с подобна задача, ако не беше измислено разделянето на гените и сложната пермутация на техните части по време на еволюцията. Геновите семейства са възникнали от дублиране във времето, съдържащи заглушени гени (понякога наричани псевдогени). Изглежда, че самите гени са до голяма степен възникнали от модули чрез комбинация. Откриваме скачащи гени и множество гени от един вид кодиране за различни протеинови изоформи. Накратко, изглежда, че има цяла батерия от механизми и образувания, които съставляват така нареченото „наследствено дишане“(Gros 1991, 337).участва в организирането на имунния отговор. То поражда производството на потенциално милиони различни антитела. Нито един геном не би бил достатъчно голям, за да се справи с подобна задача, ако не беше измислено разделянето на гените и сложната пермутация на техните части по време на еволюцията. Геновите семейства са възникнали от дублиране във времето, съдържащи заглушени гени (понякога наричани псевдогени). Изглежда, че самите гени са до голяма степен възникнали от модули чрез комбинация. Откриваме скачащи гени и множество гени от един вид кодиране за различни протеинови изоформи. Накратко, изглежда, че има цяла батерия от механизми и образувания, които съставляват така нареченото „наследствено дишане“(Gros 1991, 337). Нито един геном не би бил достатъчно голям, за да се справи с подобна задача, ако не беше измислено разделянето на гените и сложната пермутация на техните части по време на еволюцията. Геновите семейства са възникнали от дублиране във времето, съдържащи заглушени гени (понякога наричани псевдогени). Изглежда, че самите гени са до голяма степен възникнали от модули чрез комбинация. Откриваме скачащи гени и множество гени от един вид кодиране за различни протеинови изоформи. Накратко, изглежда, че има цяла батерия от механизми и образувания, които съставляват така нареченото „наследствено дишане“(Gros 1991, 337). Нито един геном не би бил достатъчно голям, за да се справи с подобна задача, ако не беше измислено разделянето на гените и сложната пермутация на техните части по време на еволюцията. Геновите семейства са възникнали от дублиране във времето, съдържащи заглушени гени (понякога наричани псевдогени). Изглежда, че самите гени са до голяма степен възникнали от модули чрез комбинация. Откриваме скачащи гени и множество гени от един вид кодиране за различни протеинови изоформи. Накратко, изглежда, че има цяла батерия от механизми и образувания, които съставляват така нареченото „наследствено дишане“(Gros 1991, 337).съдържащи заглушени гени (понякога наричани псевдогени). Изглежда, че самите гени са до голяма степен възникнали от модули чрез комбинация. Откриваме скачащи гени и множество гени от един вид кодиране за различни протеинови изоформи. Накратко, изглежда, че има цяла батерия от механизми и образувания, които съставляват така нареченото „наследствено дишане“(Gros 1991, 337).съдържащи заглушени гени (понякога наричани псевдогени). Изглежда, че самите гени са до голяма степен възникнали от модули чрез комбинация. Откриваме скачащи гени и множество гени от един вид кодиране за различни протеинови изоформи. Накратко, изглежда, че има цяла батерия от механизми и образувания, които съставляват така нареченото „наследствено дишане“(Gros 1991, 337).

Молекулярно-еволюционните биолози едва надраскаха повърхността и едва започнаха да разбират този гъвкав генетичен апарат, въпреки че Джейкъб вече представи представа за генома като динамично тяло от итерационни и изредени предци парчета преди повече от тридесет години (Яков 1977). Последователността на генома в комбинация с интелигентното сравнение на данни за последователности в момента извлича все повече от тази структура (за историята на тези разработки вижте García-Sancho 2012, на>

Как да цитирам този запис. Вижте

PDF версията на този запис в Friends на обществото на SEP.

Разгледайте тази тема за вписване в интернет философския онтологичен проект (InPhO).

Подобрена библиография за този запис в PhilPapers, с връзки към неговата база данни.

Други интернет ресурси

• MendelWeb, поддържан от Роджър Б. Блумберг
• Електронно научно публикуване, поддържано от Робърт Дж. Робинс
• Представяне на проект за гени, поддържан от Пол Грифитс (U. Sydney) и Karola Stotz (U. Sydney)
• Виртуална лаборатория, Институт за история на науката Макс Планк, Берлин