I. GENETICĂ ŞI EVOLUŢIONISM

în care biofizicianul Firmilian Gherasim face o prezentare accesibilă a geneticii şi arată că evoluţionismul este o colecţie de falsuri şi ipoteze nedemonstrate

Cuvânt înainte al autorului

1. NOŢIUNI INTRODUCTIVE

Organismele vii posedă o capacitate deosebită şi anume aceea de a da naştere la urmaşi. Acest lucru nu are loc la întâmplare, ci descendenţii sunt întotdeauna asemănători părinţilor lor, după cum a remarcat şi înţelepciunea populară: "Din stejar, stejar răsare", "Ce naşte din pisică, şoareci mănâncă" etc.

Vedem, deci, că organismele vii posedă anumite caractere specifice care se moştenesc din generaţie în generaţie. Acest fenomen se numeşte ereditate.

Pe de altă parte, fiecare organism prezintă unele caractere care-l diferenţiază de toate celelalte organisme, astfel încât fiecare individ este, practic, un unicat. Acest fenomen se numeşte variabilitate.

Ştiinţa care studiază ereditatea şi variabilitatea organismelor vii se numeşte genetică.

Primele observaţii cu privire la ereditate datează încă din antichitate dar disciplina ştiinţifică a geneticii a apărut mai târziu. Astăzi se consideră că părintele geneticii moderne este călugărul catolic ceh Gregor Mendel care, în urma unor experienţe efectuate între anii 1857-1865 pe diferite soiuri de mazăre, a formulat primele legi ale eredităţii. Epoca de maximă înflorire a geneticii a început în secolul XX, când a fost formulată teoria cromozomială a eredităţii şi, mai ales în ultimele decenii, când s-a dezvoltat genetica moleculară.

Aşa cum am văzut, organismele vii posedă anumite caractere pe care le pot transmite la urmaşi. Rezultă, deci, că în fiecare organism se află înregistrată o anumită cantitate de informaţie care codifică aceste caractere ereditare. Aceasta este informaţia genetică. Să vedem acum unde este stocată această informaţie.

Corpul oricărui organism viu este alcătuit din celule. Organismele cele mai simple au corpul alcătuit dintr-o singură celulă. Organismele mai complexe au corpul compus dintr-un număr mare de celule, diferenţiate şi aranjate astfel încât să alcătuiască diversele organe ale acestuia. Fiecare celulă este formată în principal din membrană, citoplasmă şi nucleu. În nucleul fiecărei celule se găseşte o structură macromoleculară complexă numită ADN (acid dezoxiribonucleic). Aceasta are rolul de a stoca informaţia genetică. S-au descoperit unele molecule de ADN mai mici şi în afara nucleului celular. Acestea se numesc ADN extranuclear. Rolul principal în stocarea informaţiei genetice îl are totuşi ADN-ul nuclear. Diferitele caractere individuale sunt rezultatul interacţiunii informaţiei genetice din moleculele de ADN nuclear şi extranuclear cu condiţiile de mediu.

În acest context putem defini două noţiuni noi: genotipul şi fenotipul.

Genotipul cuprinde totalitatea informaţiei genetice dintr-un organism.

Fenotipul este ansamblul însuşirilor morfologice, fiziologice, biochimice ale unui individ, rezultate din inter-acţiunea genotipului cu mediul.

Cercetările recente au scos în evidenţă faptul că aceste interacţiuni nu sunt suficiente pentru a explica toate caracterele individuale, deci mai trebuie să existe undeva un stoc de informaţie. Unii cercetători încearcă să identifice noi structuri informaţionale biomoleculare, în timp ce alţii sunt de părere că această informaţie ar putea avea un suport de o altă natură (de natură spi-rituală). Deocamdată nici una din aceste versiuni nu a fost demonstrată, dar cercetările continuă.

3. STRUCTURA ACIZILOR NUCLEICI

Acizii nucleici sunt substanţe chimice macro-moleculare obţinute prin polimerizarea unor unităţi mai simple, numite nucleotide. O nucleotidă este constituită dintr-un radical fosforic, un zahar şi o bază azotată.

Zaharurile care intră în alcătuirea acizilor nucleici sunt riboza la ARN(acid ribonucleic) şi dezoxiriboza la ADN.

Bazele azotate din macromolecula de ADN sunt: adenina (A), guanina (G), citozina (C) şi timina (T). La ARN, în locul timinei se află uracilul (U).

a) Acidul dezoxiribonucleic (ADN). Macromole-cula de ADN este bicatenară, fiind formată din două lanţuri polinucleotidice, înfăşurate elicoidal în jurul unui ax comun, formând astfel un dublu helix. Cele două catene sunt complementare, în senul că, dacă pe prima catenă se găseşte adenină, pe cea de-a doua catenă, în dreptul ei, se găseşte întotdeauna timină, iar dacă pe prima catenă se găseşte guanină, pe a doua avem citozină şi reciproc: în dreptul timinei se găseşte adenină, iar în dreptul citozinei se află guanina. Între bazele azotate complementare (A-T şi C-G) se formează legături de hidrogen care asigură menţinerea împreună a celor două catene polinucleotidice.

Sinteza ADN se realizează după modelul semiconservativ şi se numeşte replicaţie. Prin ruperea legăturilor de hidrogen, cele două catene complemen-tare se separă, iar pe ele sunt ataşate nucleotide libere din citoplasmă, pe bază de complementaritate. În urma acestui proces, în care sunt implicate numeroase enzime (molecule proteice cu rol de catalizatori ai unor reacţii biochimice), rezultă două molecule de ADN bicatenar identice cu molecula iniţială, fiecare având o catenă veche (care a avut rol de model) şi o catenă nou sintetizată.

b) Acidul ribonucleic (ARN). ARN are în general o structură monocatenară, fiind alcătuit dintr-un singur lanţ polinucleotidic. În celulă ARN este sintetizat pe baza informaţiei conţinute în molecula de ADN prin complementaritatea A-U, T-A, C-G, G-C.

Există mai multe tipuri de ARN (ARN viral, ARN mesager, ARN de transfer, ARN ribozomal, ARN nuclear mic), ale căror roluri le vom explica la momentul potrivit.

În funcţie de modul cum este organizat genomul, organismele se împart în două mari categorii: procariote şi eucariote.

Procariotele sunt microorganisme (bacterii, alge albastre-verzi, arhebacterii) care nu au nucleul separat de citoplasmă printr-o membrană nucleară şi se reproduc prin diviziune simplă. La aceste micro-organisme, genomul nuclear este reprezentat de o singură macromoleculă circulară de ADN bicatenar (un singur cromozom).

Eucariotele sunt organisme unicelulare sau multicelulare care au nucleul separat de citoplasmă printr-o membrană nucleară. Aceste organisme au o cantitate mult mai mare de material genetic nuclear, repartizat în mai mulţi cromozomi. Numărul acestor cromozomi este o caracteristică de specie, fiind acelaşi pentru toţi indivizii unei specii şi pentru toate celulele somatice ale unui organism. Structura cromozomului eucariot este mult mai complexă decât cea a cromozomului unic de la procariote. La eucariote întâl-nim două tipuri de diviziune celulară: mitoza (diviziune celulară cu păstrarea constantă a numărului de cromozomi, prin care iau naştere celulele somatice) şi meioza (diviziune prin care iau naştere celulele de reproducere, care posedă jumătate din setul de cromozomi).

După cum am văzut, macromolecula de ADN conţine un număr extrem de mare de nucleotide. Pe această macromoleculă există un număr mare de segmente (între câteva mii şi câteva sute de mii) care codifică sinteza unor proteine sau a altor biomolecule. Aceste segmente se numesc gene structurale. În afară de genele structurale mai există şi alte tipuri de gene (gene operatoare, gene reglatoare, promotor), care sunt tot secvenţe polinucleotidice cu rol de reglare a acti-vităţii genelor structurale. Despre acestea vom vorbi mai pe larg în capitolul referitor la reglajul genetic.

Proteinele sunt componente esenţiale ale organis-melor vii, care îndeplinesc diferite roluri: proteine structurale, enzime, hormoni etc. Din punct de vedere chimic, proteinele sunt nişte macromolecule, constând din unul sau mai multe lanţuri polipeptidice, obţinute prin polimerizarea unor molecule mai mici, numite aminoacizi. Secvenţa aminoacizilor determină structura şi funcţia proteinei. Proteinele sunt sintetizate de organismele vii pe baza informaţiei conţinute în genele structurale. Procesul de sinteză a proteinelor decurge în felul următor. Mai întâi informaţia conţinută în genele structurale este preluată de o moleculă de ARN mesager (ARNm) sintetizată pe baza complemen-tarităţii bazelor azotate. Acest proces se numeşte transcripţie. Tot prin transcripţie are loc şi sinteza moleculelor de ARN ribozomal (ARNr) şi ARN de transfer (ARNt). Apoi această moleculă este "citită" de către nişte organite celulare numite ribozomi (alcătuite din ARNr şi alte biomolecule) şi, pe baza informaţiei conţinute este sintetizată o catenă polipeptidică. Acest proces se numeşte translaţie.

În procesele de transcripţie şi translaţie intervin numeroase enzime precum şi ARNt, care are rolul de a transporta aminoacizii la ribozomi şi de a decodifica informaţia conţinută în ARNm. Sinteza proteinelor are loc cu consum de energie.

Aşadar, în cadrul procesului de translaţie, informaţia genetică, constând dintr-o secvenţă de baze azotate este tradusă într-o secvenţă de aminoacizi, pe baza unui cod, numit cod genetic. Acest cod face ca fiecărei secvenţe de 3 baze azotate (numită codon) să-i corespundă un aminoacid. Codul conţine deci 64 de codoni dintre care 61 de codoni codifică unul sau altul dintre cei 20 de aminoacizi, iar 3 codoni sunt codoni stop (deci codul este degenerat, în sensul că există aminoacizi care sunt codificaţi de mai mulţi codoni diferiţi).

Codul genetic este universal, adică la toate organismele vii, indiferent dacă sunt procariote sau eucariote, aceleaşi triplete de baze azotate codifică aceiaşi aminoacizi.

La eucariote, procesul de sinteză a proteinelor prezintă o particularitate suplimentară: multe din genele eucariotelor conţin, pe lângă segmentele care codifică aminoacizi (numite exoni), şi unele segmente de ADN non-informaţional, numite introni. Genele eucariotelor au, deci, o structură de mozaic, fiind compuse din secvenţe de exoni şi introni. Pentru sinteza proteinelor sunt utili numai exonii şi, de aceea, între transcripţie şi translaţie există o etapă intermediară de eliminare a acestor introni. Procesul de sinteză a proteinelor decurge, deci, astfel: prin transcripţie se sintetizează ARNm precursor, apoi sunt eliminaţi intronii şi se obţine ARNm matur iar acesta, după ce traversează membrana nucleară şi ajunge în citoplasmă, este decodificat prin procesul de translaţie şi pe baza lui se sintetizează o catenă polipeptidică. Din punct de vedere biochimic, intronii nu se deosebesc cu nimic de exoni iar mecanismul prin care celula reuşeşte totuşi să facă distincţie între ei încă nu a fost elucidat.

Aşa cum am văzut, principalul rol al genelor este acela de a codifica sinteza proteinelor. Numai că, proteinele nu sunt necesare într-o celulă toate odată şi nici în aceeaşi cantitate. Din acest motiv este necesară existenţa unui sistem de reglaj al activităţii genelor. De acest sistem ne vom ocupa în continuare.

a) Reglajul genetic la procariote.

În genomul celular există trei tipuri de gene: structurale, operatoare şi reglatoare.

Genele structurale conţin informaţia genetică pentru sinteza unor catene polipeptidice sau a altor biomolecule (ARNr, ARNt).

Genele operatoare sunt plasate alăturat faţă de genele structurale (împreună cu care alcătuiesc o unitate structurală numită operon) şi au rolul de comutatori chimici, care declanşează sau nu activitatea genelor structurale. Din structura operonului mai face parte şi promotorul, care este un segment de ADN format din câteva zeci de nucleotide şi care serveşte ca loc de recunoaştere pentru enzima ARN-polimeraza, determinând astfel iniţierea transcripţiei

Genele reglatoare au rolul de a codifica sinteza unor molecule proteice, numite represori care, atunci când se fixează pe gena operatoare, blochează transcripţia.

Există două tipuri de sisteme de reglaj genetic: inductibil şi represibil. În sistemele represibile, represorul se fixează pe operator numai dacă în celulă există o anumită substanţă cu rol de semnal chimic, numită corepresor. În sistemele inductibile, represorul este în mod normal fixat pe operator, iar în prezenţa unei anumite substanţe numite inductor (care are aici tot rol de semnal chimic) acesta devine inactiv, eliberând operatorul şi permiţând astfel începerea transcripţiei. În acest mod, prezenţa sau absenţa unor anumiţi compuşi chimici poate regla activitatea genelor.

Reglajul genetic la eucariote, datorită complexităţii mult mai ridicate a genomului la aceste organisme, are un caracter mult mai complex decât la procariote şi prezintă mai multe niveluri.

În celulele eucariote, ADN-ul nuclear este asociat cu proteine histonice, formând fibra de cromatină. Aceasta se poate afla sub două forme: o formă mai condensată numită heterocromatină şi o formă mai puţin condensată numită eucromatină. În hetero-cromatină nu se realizează transcripţia, deci genele sunt inactive, pe când în eucromatină se poate realiza transcripţia. Acesta este primul nivel al reglajului genetic la eucariote, care acţionează la nivelul unor segmente cromozomiale care conţin un număr mare de gene. La eucariotele cu organizare complexă, într-un anumit tip de ţesut se eucromatinizează numai segmentele care conţin gene necesare funcţionării ţesutului respectiv, celelalte fiind heterocromatinizate.

Următorul nivel al reglajului genetic este cel al transcripţiei. Reglajul transcripţional poate fi pozitiv sau negativ, după modul cum acţionează proteinele inductoare sau represoare. Predominant este reglajul pozitiv.

Urmează nivelul de reglaj la nivelul maturării ARNm prin eliminarea intronilor.

La nivelul reglajului transportului ARNm se selectează moleculele de ARNm matur care vor trece din nucleu în citoplasmă.

Reglajul translaţional selectează moleculele de ARNm care vor fi translatate în proteine.

Ultimul nivel cunoscut al reglajului genetic la eucariote este cel al degradării ARNm după translaţie.

Între toate aceste niveluri ale reglajului genetic la eucariote există o coordonare perfectă care asigură buna funcţionare a celulei.

Reglajul genetic, mai ales la eucariote, este departe de a-şi fi dezvăluit toate tainele.

Aşa cum am mai precizat, organismele vii posedă capacitatea de a da naştere la urmaşi, aceştia fiind asemănători părinţilor. Acest fapt implică transmiterea informaţiei genetice de la o generaţie la alta. În cele ce urmează, vom încerca să vedem cum se realizează acest lucru.

a) transmiterea informaţiei genetice la procariote. Procariotele se reproduc prin diviziune simplă. În cursul ciclului de diviziune are loc replicarea moleculei unice de ADN nuclear, după care, cele două copii rezultate se separă în doi nuclei distincţi, iar celula se divide în două celule fiice, fiecare având un nucleu cu una din moleculele de ADN rezultate. Astfel obţinem două microorganisme noi, identice din punct de vedere genetic cu cel iniţial.

b) transmiterea informaţiei genetice la eucariote. Reproducerea eucariotelor este mai complexă. După cum am mai amintit, la eucariote există două tipuri de diviziune celulară: meioza şi mitoza.

În celulele somatice ale organismelor eucariote se găsesc în mod normal un număr par de cromozomi (2n), grupaţi în perechi. Aceste celule se numesc diploide. În urma meiozei, din celulele diploide iau naştere gameţii (celule de reproducere) care au numai jumătate din numărul de cromozomi (n), fiind deci haploide. Gameţii pot fi masculini sau feminini, după sexul vieţuitorului care le-a dat naştere.

Prin contopirea unui gamet feminin cu unul masculin, proveniţi de la aceeaşi specie, ia naştere o celulă-ou cu 2n cromozomi, jumătate din ei fiind moşteniţi de la mamă, iar cealaltă jumătate de la tată. Din această celulă se formează ulterior un nou organism prin diviziuni mitotice repetate. În timpul ciclului mitotic are loc replicaţia ADN-ului nuclear, obţinându-se 4n cromozomi, care se separă dând naştere la două celule cu 2n cromozomi. Ciclul mitotic este mult mai complex decât diviziunea simplă a procariotelor, astfel că, dincolo de aparentele asemănări, ele sunt totuşi mult diferite.

Până acum am descris reproducerea sexuată dar, la unele eucariote, este posibilă şi o altă formă de reproducere numită reproducere vegetativă. În acest caz, un fragment din organismul părinte (uneori chiar şi o singură celulă) se separă şi dă naştere la un nou organism, identic din punct de vedere genetic cu cel iniţial. În acest proces singura formă de diviziune celulară care are loc este mitoza.

Însă cel mai uimitor aspect prezent la eucariotele multicelulare îl reprezintă diferenţierea celulară. Creş-terea noului organism nu este o simplă adăugare de celule noi, ci este însoţită de diferenţiere celulară, pentru a da naştere la diferitele ţesuturi şi organe care intră în componenţa acestuia. În consecinţă, deşi celulele somatice ale unui organism au toate aceeaşi informaţie genetică, această informaţie se exprimă în mod diferit, în funcţie de ţesutul în care se află celula.

Întrebarea care se pune este: de unde "ştie" o celulă din ce organ şi din ce ţesut trebuie să facă parte şi care sunt genele specifice organului şi ţesutului respectiv pe care trebuie să le exprime? O parte din aceste informaţii sunt cuprinse chiar în genomul celular, o altă parte sunt rezultatul interacţiunii dintre gene şi mediu dar cercetările recente arată că acestea nu sunt suficiente, deci mai trebuie să existe undeva un stoc de informaţie.

Am văzut mai sus care este mecanismul de transmitere a informaţiei genetice de la o generaţie la alta. În continuare vom încerca să vedem cum se transmit caracterele genetice individuale pe parcursul generaţiilor succesive în cazul vieţuitoarelor cu repro-ducere sexuată.

Atunci când un anumit caracter este prezent în ambii gameţi care dau naştere la noul organism lucru-rile sunt simple: acel caracter va fi prezent şi la noul individ. Să vedem, însă, ce se întâmplă atunci când cei doi părinţi au caractere diferite.

Primele experienţe ştiinţifice în acest domeniu au fost făcute de un călugăr catolic cu preocupări în domeniul biologiei, pe nume Gregor Mendel.

Să presupunem că în privinţa unui anumit caracter genetic (de exemplu culoarea blănii) avem două tipuri de animale cu gene diferite (gene alele). Să notăm aceste gene cu A şi a. Animalele având 2n cromozomi, rezultă că fiecare are două gene care codifică acest caracter. Deci, iniţial avem un animal de tip AA şi unul de tip aa. Dacă încrucişăm cele două tipuri de animale, indivizii rezultaţi vor moşteni n cromozomi de la tată şi n de la mamă, deci vor avea un genotip hibrid, de tip Aa. Dacă încrucişăm între ele aceste animale hibride, obţinem un rezultat aparent surprinzător: indivizii rezultaţi nu sunt toţi de tip Aa, ci sunt 50% de tip Aa, 25% de tip AA şi 25% de tip aa. Să vedem cum se explică acest fapt.

Prin diviziunea meiotică, dintr-o celulă cu 2n cromozomi se obţin două celule cu n cromozomi, care sunt gameţii. Aceştia, având numai n cromozomi, nu sunt de tip hibrid Aa ci sunt fie A, fie a. Un animal de tip AA va produce numai gameţi de tip A, un animal de tip aa va produce numai gameţi de tip a, iar un animal de tip Aa va produce 50% gameţi da tip A şi 50% de tip a. Probabilitatea ca doi gameţi (unul masculin şi unul feminin) să se contopească pentru a da naştere la un nou organism nu depinde de faptul că cei doi gameţi sunt de acelaşi tip (A sau a) sau de tip diferit. Prin contopirea a doi gameţi de tip A se obţine un individ AA, din doi gameţi de tip a se obţine un individ aa, iar din contopirea unui gamet A cu unul a se obţine un individ Aa.

Să urmărim ce se întâmplă în cazul în care încrucişăm două animale de tip Aa (fiecare din ele produce 50% gameţi A şi 50% a, iar probabilităţile de întâlnire sunt egale):

Vedem că prin contopirea strict probabilistică a acestor gameţi obţinem într-adevăr 50% indivizi Aa, 25% indivizi AA şi 25% indivizi aa.

În multe cazuri, prin încrucişarea unui organism de tip AA cu unul de tip aa, se obţin indivizi care din punct de vedere genotipic sunt de tip Aa, dar fenotipic sunt identici cu cei de tip AA. În acest caz spunem că gena A este dominantă, iar gena a este recesivă (se exprimă numai în organismele de tip aa). Deci, din indivizi care par să aparţină tipului A (dar în realitate sunt hibrizi Aa), putem obţine descendenţi de tip a.

Există şi cazuri în care gena de tip a este letală în stare homozigotă aa, dar nu şi în stare hibridă Aa. În acest caz nu obţinem niciodată indivizi aa, ci numai AA şi Aa.

Dacă împerechem doi indivizi care diferă prin două caractere distincte (A şi B), dacă genele care codifică aceste caractere se găsesc pe cromozomi diferiţi, aceste caractere se transmit independent. Astfel, dacă în prima generaţie obţinem hibrizi AaBb, aceştia produc patru tipuri de gameţi: ab, aB, Ab şi AB, din combinarea acestora rezultând indivizi cu genotipuri distincte.

În schimb, atunci când genele care codifică aceste caractere sunt situate pe acelaşi cromozom, caracterele se transmit împreună, deci cromozomul se transmite ca un tot. Acest fenomen se numeşte linkage. În acest caz hibrizii AaBb produc numai două tipuri de gameţi: AB şi ab.

Totuşi, în unele cazuri, deşi genele care codifică cele două caractere sunt situate pe acelaşi cromozom, se obţin, pe lângă gameţii AB şi ab, şi un mic procent de gameţi Ab şi aB. Acest fapt este datorat unui fenomen numit crossing over, prin care între cromozomii pereche are loc un schimb reciproc de gene.

Până acum am analizat numai cazuri în care gena care codifica un anumit caracter prezenta două variante. Există însă situaţii când o genă care codifică un anumit caracter poate avea mai multe variante. În acest caz este posibil ca mai multe din aceste gene să fie dominante (codominanţă).

Vom exemplifica acest fapt descriind deter-minismul genetic al grupelor sanguine umane. Aceste grupe sunt determinate de trei tipuri de gene: La, Lb şi I. Genele La şi Lb sunt codominante în timp ce gena I este recesivă. În funcţie de combinaţia de gene prezente în genomul unui individ putem obţine următoarele grupe sanguine:

Există şi cazuri în care un anumit caracter fenotipic este rezultatul interacţiunii mai multor gene, acest fenomen, numit poligenie, intervenind în transmiterea caracterelor cantitative (înălţime, greutate, productivi-tate, nuanţele de culoare ale pielii sau ale florilor etc.).

După cum am văzut, prin astfel de recombinări genetice, pornind de la un număr relativ mic de gene diferite se pot obţine un număr mare de genotipuri distincte (la om, numărul variantelor posibile este atât de mare, încât dacă l-am scrie desfăşurat, cifrele lui ar ocupa cam o carte de dimensiunile celei de faţă), ceea ce face ca fiecare individ să fie, practic, un unicat.

În celulele vii, rolul cel mai important din punct de vedere genetic îl are genomul nuclear, despre care am vorbit mai sus. Dar, în afară de acesta, mai există şi material genetic extranuclear, redus cantitativ dar nu total lipsit de importanţă.

La procariote, materialul genetic extranuclear este reprezentat de plasmide. Acestea sunt nişte molecule circulare de ADN care conţin câteva gene (de exemplu, genele care dau rezistenţă la antibiotice). Dată fiind dimensiunea redusă a acestor plasmide, ele sunt multiplicate mai repede decât genomul nuclear, deci numărul lor în celulă creşte. Prin procesul numit conjugare o bacterie care posedă un anumit tip de plasmide poate transfera o parte din ele la o bacterie care nu posedă plasmidele respective. În acest fel anumite caractere se pot transmite mai repede decât prin diviziune şi se pot obţine populaţii relativ numeroase care posedă un anumit caracter într-un timp scurt.

La eucariote, materialul genetic extranuclear este reprezentat de genomul unor organite celulare, cum ar fi mitocondriile şi cloroplastele. Aceste organite celulare posedă un genom propriu, format dintr-o moleculă circulară de ADN care conţine un număr de gene (la mitocondrii gene pentru sinteza enzimelor care intervin în respiraţia celulară, iar la cloroplaste gene care intervin în fotosinteză). Numărul acestor gene este mai mare (100-150) în cazul cloroplastelor decât în cazul mitocondriilor. Mitocondriile şi cloroplastele se transmit exclusiv pe cale maternă, deci şi genele acestora se transmit pe aceeaşi cale.

Virusurile sunt constituite dintr-o cantitate mică de material genetic (ADN sau ARN) cuprinsă într-o capsidă proteică. Virusurile nu au metabolism propriu şi nu se pot autoreproduce, deci nu se poate spune că sunt organisme vii.

În schimb, dacă un virus pătrunde într-o celulă, enzimele celulei respective multiplică genomul viral şi pe baza genelor cuprinse în el sintetizează proteinele care alcătuiesc capsida, ceea ce duce la formarea de noi virusuri.

În timp, procesul de multiplicare a virusurilor duce la moartea celulei gazdă. Prin distrugerea acestei celule noile virusuri sunt dispersate în mediu, putând pătrunde apoi în alte celule.

Până acum am văzut modul în care se transmit caracterele genetice existente, atât timp cât genele nu suferă modificări. Uneori, se întâmplă ca o parte a genomului unui vieţuitor să se modifice sub influenţa unor factori externi (radiaţii, unele substanţe chimice etc.). Aceste modificări se numesc mutaţii genetice şi au un caracter aleator. Cele mai multe mutaţii genetice sunt dăunătoare sau chiar letale.

În funcţie de cantitatea de material genetic implicat, mutaţiile pot fi genomice (care afectează genomul în totalitatea sa prin modificări ale numărului de cromozomi), cromozomiale (care afectează structura unui cromozom) şi genice (care afectează o singură genă). Mutaţiile genice care afectează o singură pereche de nucleotide se numesc mutaţii punctiforme.

După tipul de celule în care apar, mutaţiile pot fi gametice sau somatice. Numai mutaţiile gametice sunt ereditare, cele somatice afectând doar individul la care au apărut.

La animale, mutaţiile genomice fie sunt letale, fie produc sterilitatea, deci nu pot fi transmise la urmaşi. La plante, aceste mutaţii nu sunt întotdeauna letale, uneori putând apărea plante viabile şi fertile cu anumite tipuri de mutaţii genomice.

Cercetările din ultimele decenii au scos în evidenţă faptul că organismele vii posedă mecanisme celulare de eliminare a mutaţiilor. Cel mai răspândit mecanism este bazat pe faptul că agenţii mutageni afectează una din cele două catene ale moleculei de ADN, cealaltă rămânând de obicei intactă. Setul enzimatic al celulei elimină porţiunea defectă şi apoi o resintetizează pe baza catenei rămase intacte. Dat fiind faptul că din punct de vedere biochimic cele două catene nu pot fi deosebite, nu e clar de unde "ştie" celula care este catena modificată şi care este cea normală, dar este evident că ea reuşeşte să facă această distincţie, cazurile în care greşeşte fiind foarte rare. La celulele eucariote s-a observat şi faptul că celula repară erorile din porţiunile de ADN informaţional, în timp ce porţiunile non-informaţionale care separă genele nu sunt reparate. Mai există şi alte mecanisme de eliminare a erorilor, legate în special de reproducerea sexuată, care fac ca după un număr de generaţii gena mutantă să dispară practic din populaţie.

În ultimele decenii s-au dezvoltat o serie de biotehnologii moderne, bazate pe diferite tehnici de manipulare a informaţiei genetice, mergând până la nivel molecular. Practic putem spune că a apărut un nou domeniu: ingineria genetică. A devenit astăzi posibil să realizăm în laborator genotipuri noi, inexistente în natură.

Prin tehnici de clonare s-a reuşit obţinerea unor organisme identice din punct de vedere genetic. Prin tehnologia ADN-ului recombinat s-a reuşit să se transfere gene de la o specie la alta, obţinându-se astfel organisme transgenice. Prin tehnici de fuzionare a unor celule s-au obţinut hibrizi somatici între specii foarte diferite şi chiar între plante şi animale. La animale din aceste celule hibride nu este posibilă obţinerea unor organisme noi, ele existând numai ca linii celulare menţinute pe medii de cultură artificiale. La plante s-a reuşit ca din asemenea celule hibride să se regenereze noi plante, cu caractere care nu există în natură.

Şi într-un caz şi în altul, hibrizii obţinuţi prezintă o accentuată instabilitate genetică, cromozomii uneia din specii având tendinţa de a-i elimina pe cei ai celeilalte specii. Aceste practici au creat serioase probleme de bioetică, ele reprezentând nişte forme de siluire a firii plantelor şi animalelor (fapt dovedit chiar de instabilitatea genetică a hibrizilor rezultaţi) şi fiind în mod evident contrare poruncii biblice: "Legea Mea să o păziţi; vitele tale să nu le faci să se împreune cu alt soi; ogorul tău să nu-l semeni deodată cu două feluri de seminţe" (Levitic 19,19).

Cele mai serioase probleme de bioetică sunt legate de tentativele de aplicare a unor asemenea practici la om, tentative faţă de care experienţele efectuate pe oameni în lagărele naziste par o simplă joacă de copii.