4.1 Základy genetiky

V každé buňce je uložená kompletní informace o tom, jak má celý organismus vypadat a jakým způsobem má správně fungovat. Tato informace je uložená ve formě genů složených z molekul DNA a proteinů v útvarech zvaných chromozomy. Každý z genů je kódován úsekem DNA o různé délce a je umístěn na různých částech konkrétního chromozomu. Počet a tvar chromozomů je charakteristický pro různé druhy organismů. Platí pravidlo, ž čím jsou organismy příbuznější, tím více shod lze najít jejich genech.

Obrázek chromozomu.

Soubor všech genů organismu označujeme pojmem genotyp. Pro genotyp člověka je typické, že se skládá z 23 párů chromozomů, u jiných organismů se tento počet liší.                     22 párů je shodných, 23. pár můžeme v genotypu najít ve dvou variantách (na základě tvaru označujeme různé varianty 23. páru jako XX nebo XY.) Pouze 23 pár chromozomů v sobě nese informaci určující pohlaví budoucího potomka.

Tato zákonitost neplatí u všech organismů. Některé skupiny živočichů mají ve svém genotypu pro samičí pohlaví 2 nestejné chromozmy a pro samčí pohlaví 2 stejné chromozomy, případně pohlaví nemusí být vůbec dáno geneticky a odvíjí se od vnějších podmínek v období vývoje nebo i během života jedince.

Obr. Mužský a ženský genotyp.

Soubor genů - genotyp obsahuje určité informace, které se ve výsledku projeví pozorovatelnými vlastnostmi organismu, např. barvou kůže, výškou, krevní skupinou, pohlavím a mnoha dalšími. Soubor těchto vlastností označujeme jako fenotyp.

Ve všech tělních buňkách najdeme vždy dva stejné chromozomy, po jednom od každého rodiče. Každý z páru chromozomů nese stejnou genetickou informaci, ale ta může mít jinou kvalitu. Tyto dvě části obsahující stejné geny označujeme jako alely a zjednodušeně lze říci, že nesou informaci PROJEVÍM SE nebo NEPROJEVÍM SE. Z toho vyplývá, že pro určitou vlastnost může mít jedinec ve svém genotypu informaci PROJEVÍM SE, PROJEVÍM SE – tedy vlastnost se jistě projeví, PROJEVÍM SE, NEPROJEVÍM – podle charakteru informace se vlastnost projeví kompletně nebo alespoň částečně a NEPROJEVÍM SE, NEPROJEVÍM SE – u organismu bude tato vlastnost zcela chybět.  

Ještě před objevením DNA a genetiky jako takové si lidé všímali právě fenotypu, tedy vlastností určitých organismů, které se projevovaly nebo naopak neprojevovaly u příbuzných jedinců téhož druhu. Nevětší pozornost byla věnována člověku a pak především hospodářským plodinám a živočichům.

Právě šlechtění stálo za objevem Mendelových zákonů dědičnosti. Johan Gregor Mendel (1822 – 1884) po mnoha pokusech zvolil jako modelový organismus pro své studium hrách, neboť potomky – semena získal již během jednoho roku, bylo jich dostatečné množství a hned v následujícím roce je mohl opět křížit mezi sebou. Svou pozornost věnoval hned dvěma znakům – tvaru semen hrachu (kulatý, hrbolatý), barvě semen (zelené žluté) a barvě květu (bílá růžová). Vzájemným křížením a statickým porovnáním výsledků přišel k závěru, které dnes známe jako

1. Mendlův zákon: Křížením dvou různých homozygotů získáme pouze heterozygoty. Tedy pokud má jeden z rodičů 2 alely, které nesou informaci PROJEVÍM SE, PROJEVÍM SE (odborně označujeme jako homozygota dominantního) a druhý 2 alely, které nesou informaci NEPROJEVÍM SE, NEPROJEVÍM SE (odborně homozygot recesivní), tak všichni jejich potomci budou mít ve svém genotypu informaci PROJEVÍM SE, NEPROJEVÍM SE (odborně heterozygot).

2. Mendlův zákon: Křížením dvou heterozygotů získáme jak homozygoty, tak i heterozygoty. To znamená, že pokud mezi sebou budeme křížit 2 organismy s informací PROJEVÍM SE, NEPROJEVÍM SE, tak se jejich potomci mohou lišit, protože mohou ve svých genech nést jak informaci PROJEVÍM SE, PROJEVÍM SE nebo NEPROJEVÍM SE, NEPROJEVÍM SE, ale také PROJEVÍM SE, NEPOJEVÍM SE přesně jako rodiče.

Na fenotyp však nemá vliv pouze kvalita genů, některé vlastnosti jsou výsledkem hned několika genů současně, přičemž se jejich účinek může sčítat, tlumit nebo i jinak vzájemně ovlivňovat. V neposlední řadě hraje svou roli také prostředí, ve kterém se organismus vyvíjí. Pokud bude mít určitý člověk díky svému genotypu předpoklad být vysoký a silný, ale od mládí bude trpět podvýživou, jistě nedoroste 190 cm. Getotyp tedy obsahuje jisté předpoklady pro určité vlastnosti, které mohou být vnějšími podmínkami výrazněji ovlivněny – geny malého účinku. Jiné vlastnosti však nijak ovlivnit nelze, jako například krevní skupina – geny velkého účinku.

4.2 Rozmnožování

Podstatou rozmnožování je zachování druhu. Žádný z organismů není nesmrtelný a jedinou možností je přežívání ve svých potomcích. Protože se však v horizontu stovek a tisíců let mohou měnit podmínky na území obývaném určitým organismem, nemohou přežít všichni jedinci jednoho druhu. Největší šanci na přežití mají ti s nejvýhodnějšími vlastnostmi v měnícím se prostředí. Toto přizpůsobení se změnám může jit až tak daleko, že dá vzniknout novým druhům organismů. V tomto případě hovoříme o fylogenetickém vývoji a touto cestou pravděpodobně vznikly dnešní i vyhynulé druhy organismů na naší planetě.

Určitým znaků příbuznosti mezi organismy z různých míst si poprvé všimnul Charles Darwin (1809 – 1882) při své cestě po Galapágách. Na základě svých poznatků formuloval teorii o vývoji druhů přirozeným výběrem. Tedy že přežívají jen ty organismy, které jsou lépe přizpůsobeny prostředí. Tím dal základ studiu evolučních teorií o vývoji druhů.

Ke kombinování vlastností uvnitř jednoho druhu organismu dochází u pohlavního rozmnožování. Jeho podstatou je, že rodičovské organismy vytvoří pohlavní buňky, které obsahují pouze jednu sadu chromozomů a spojením pohlavních buněk dvou jedinců vznikne nový - dceřiný organismus, který v sobě kombinuje vlastnosti obou rodičů. Výhodou tohoto typu rozmnožování je právě možný vznik nových vlastností vhodnějších pro přežití. 

Pohlavní orgány produkují samčí nebo samičí buňky, nikdy obojí najednou. U živočichů se nejčastěji setkáváme s odděleným pohlavím, kdy má samičí pohlavní orgány vaječníky část populace – samice a druhá část samčí pohlavní orgány varlata – samci. Toto rozdělení nemusí být vždy v poměru 50% na 50%, v populaci mohou převládat samci (např. u žab), jindy zase samice (např. kopytníci). Živočichy s odděleným pohlavím označujeme gonochoristé.                                  Méně často se u živočichů setkáváme se situací, kdy jsou u jednoho živočicha přítomny jak samčí, tak samičí pohlavní orgány, tedy varlata i vaječníky. Pro rozmnožování tak stačí, když se potkají dva libovolní jedinci jednoho druhu. Ti si vzájemně vymění spermie, které oplodní vajíčka. Nikdy však nedochází k oplození vajíček vlastními spermiemi. Tyto organismy označujeme jako hermafrodity.

U kvetoucích rostlin slouží k rozmnožování orgány nazývané květy. Za vznik samčích pohlavních buněk odpovídají tyčinky vytvářející pyl, samičí pohlavní buňky vajíčka vznikají v pestíku. Pokud se tyčinky i pestíky nachází v jednom květu, hovoříme o květech oboupohlavných, jak to známe u většiny rostlin. U určité části rostlin nacházíme na jedné rostlině květy nesoucí pouze tyčinky a květy nesoucí pouze pestíky. Květy těchto rostlin označujeme jako jednopohlavní a mají je např. jehličnany, ale také líska,  .      

    

Druhou možností rozmnožování, kterou využívají jen některé druhy organismů, je rozmnožování nepohlavní. Nově vzniklý jedinec je přesnou genetickou kopií rodičovského organismu a má přesně stejné vlastnosti. (Pokud nedojde k náhodné mutaci nebo takové změně v prostředí, která by vlastnosti organismu přímo pozměnila). Nevýhodou je, že organismy vzniklé nepohlavnímu rozmnožování se hůře přizpůsobují případným změnám, celou populaci (jedince určitého druhu na daném místě v daném čase) např. snadno zlikviduje nějaká choroba. Výhodou naopak je ve většině rychlejší obnovení populace a zachování vlastností, což je preferováno především v pěstitelství. 

Více detailů o pohlavním a nepohlavním rozmnožování různých skupin organismů viz. IVZ2_blokIII.