У высших форм организмов — растений, животных и человека — связь поколений осуществляется через одну клетку — оплодотворенное яйцо, образуемое слиянием яйцеклетки со спермием. Таким образом, одна исходная клетка содержит все факторы, обеспечивающие развитие организма и возможность формирования бесконечного разнообразия его наследственных свойств.

Прогресс методов исследования клетки на микроскопическом, субмикроскопическом и молекулярном уровнях открыл цитологам и биохимикам возможность глубоко проникнуть в тайны организации клетки. Ученые показали, что клетка — это сложнейшая система, образованная многочисленными органеллами, каждая из которых структурно высокодифференцирована и приспособлена к выполнению точно определенных функций. При огромном разнообразии типов клеток простейших организмов, растений, животных и человека фундаментальными компонентами каждой клетки являются цитоплазма и ядро. Цитоплазма содержит многочисленные обнаруживаемые в световом и электронном микроскопе мембранные структры— эндоплазматическую сеть, митохондрии, аппарат Гольджи, представляющие собой удивительный по сложности работы метаболический аппарат клетки (рис. 1). На этих мембранах дифференцированно, звено за звеном, расположены цепи сложных и многообразных процессов обмена веществ. Важнейшим из этих процессов является синтез белков.

Именно специфичность белков определяет характерные для каждого организма особенности обмена веществ и связанные с ними все основные свойства организмов в ряду их поколений, т. е. их наследственность.

Какие же структуры в дифференцированной системе клетки и каким путем определяют наследственную преемственность белков и типов обмена веществ в ряду поколений организмов?

Решению этой проблемы были посвящены многочисленные исследования цитологов, генетиков и эмбриологов. Крупнейшим событием в истории материалистического естествознания явилось установление в начале XX века факта существования в клетке специализированных структурных элементов, определяющих наследственную преемственность свойств организмов.

Этими элементами являются хромосомы: нитевидные дезоксирибонуклеопротеидные структуры, формирующие клеточное ядро.

Анализ поведения хромосом в митозе, мейозе и оплодотворении и сопоставление данных о хромосомах с закономерностями поведения наследственных факторов, установленных Грегором Менделем (Mendel, 1865), позволили сформулировать хромосомную теорию наследственности, согласно которой преемственность свойств организмов в ряду поколений определяется преемственностью их хромосом.

Первые важнейшие факты, которые легли в основу этой теории, были получены исследователями митоза и мейоза еще в конце прошлого и начале XX века (Flemming, 1882; Strasburger, 1882) Г Хромосомная теория полностью оформилась в конце первой четверти XX века в результате работ на дрозофиле Моргана и его школы. Этими работами было установлено соответствие числа групп сцепления наследственных факторов числу хромосом у организма и составлены карты расположения наследственных факторов по длине хромосом (Т. Г. Морган, 1926; Bridges, 1916).

Развитие хромосомной теории наследственности увенчалось за последнее десятилетие крупнейшими успехами в области молекулярной генетики. Прогресс методов исследования в этой области позволил установить фундаментальное значение в наследственности организмов основного компонента хромосомы — дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК). Как показали экспериментальные исследования (Watson, Crick, 1953), наследственно фиксированное постоянство чередования в ДНК ее четырех азотистых оснований определяет наследственный характер синтеза специфических белков клетки и, следовательно, наследственный характер обмена веществ,. Важнейшим объектом этих исследований являются бактерии.

Поразительной особенностью всех основных внутриклеточных механизмов, обеспечивающих наследственный характер развития организмов, является их универсальность.

Принципы поведения хромосом в митозе, мейозе и оплодотворении, принципы записи наследственной информации в ДНК хромосом и передачи этой информации от хромосом в цитоплазму, где осуществляются процессы синтеза белков, едины для всех организмов, обладающих дифференцированным клеточным ядром, — от простейших до человека.