Dejiny biológie 20. storočia priniesli zásadné prevraty v poznaní živých organizmov, od správania zvierat cez pochopenie dedičnosti až po odhalenie molekulárnych základov života. Tieto objavy nielenže transformovali biologické vedy, ale položili aj základy pre ich ďalší rozvoj v 21. storočí. Medzi kľúčové oblasti patrí vznik etológie, genetiky a molekulárnej biológie, ktoré formovali moderné chápanie života.
Vznik etológie link
Etológia (veda o správaní zvierat) má svoje korene v zoopsychológii 19. storočia. Táto vedná disciplína sa sformovala na myšlienkovom základe nemeckého ornitológa OSKARA HEINROTHA (1871–1945), ktorý sa venoval štúdiu správania európskych vtákov (najmä fenoménu imprintingu – vtlačenia), z ktorých väčšinu vychoval od vajíčka až po dospelého jedinca. Pre počiatky etológie bolo typické sledovanie správania sa zvierat v ich prirodzených, nie laboratórnych podmienkach.
Trojicu najznámejších zakladateľov modernej etológie tvoria Rakúšania KONRAD LORENZ (1903–1989), KARL VON FRISCH (1886–1982) a Holanďan NIKOLAAS TINBERGEN (1907–1991), ktorí za svoje objavy získali v roku 1973 spoločne Nobelovu cenu. Lorenz sa venoval vzniku a pôvodu agresívneho správania a vpečaťovaniu u husí, Frisch rozpracoval spôsob orientácie a komunikácie včiel (včelí tanec) a Tinbergen študoval inštinktívne správanie hmyzu a vtákov.
Vznik genetiky a cytogenetiky link
Za zakladateľa genetiky je považovaný GREGOR JOHANN MENDEL (1822–1884). Prvýkrát vo svojich prácach na hrachu prepojil experimentálne a štatistické metódy so štúdiom dedičnosti. Mendel je autorom termínov dominantné a recesívne znaky a je formulovateľom základných Mendelových zákonov dedičnosti.
Pojem „genetika“ zaviedol v roku 1907 WILLIAM BATESON (1871–1926). Bateson je taktiež autorom termínov heterozygot, homozygot a F1 / F2 generácia. Pojem „mutácia“ zaviedol HUGO DE VRIES (1848–1935) vo svojej mutačnej teórii, v ktorej poukázal na množstvo náhlych zmien fenotypu a dedičných vlôh organizmu. Termíny gén, genotyp a fenotyp zaviedol v roku 1909 WILHELM JOHANNSEN (1857–1927). Autorom pojmu „chromozóm“ je WILHELM WALDEYER (1836–1921), ktorý opísal pochody v jadre bunky súvisiace s bunkovým delením (karyokinézu).
Na základe znalostí o meióze však nemecký biológ THEODOR BOVERI (1862–1915) spoločne s WALTEROM SUTTONOM sformulovali slávnu chromozómovú teóriu dedičnosti (1902), podľa ktorej sú gény fyzicky umiestnené na chromozómoch. Zakladateľom eugeniky je FRANCIS GALTON (1822–1911).
Práce experimentálneho zoológa THOMASA HUNTA MORGANA (1866–1945) sú základom modernej genetiky. Prvýkrát použil ovocné mušky drozofily (Drosophila melanogaster) ako modelové objekty. Definitívne potvrdil, že nositeľmi dedičnosti sú gény uložené lineárne za sebou na chromozómoch, ktoré prostredníctvom gamét prechádzajú do ďalších generácií. Skoncipoval Morganove pravidlá o väzbe génov. Medzi jeho najdôležitejšie práce patrí dielo Génová teória (The theory of the gene).
Vznik molekulárnej biológie link
Predtým, ako bola opísaná štruktúra DNA, musela veda prejsť dlhú cestu. Samotnú molekulu izoloval švajčiarsky biológ JOHANN FRIEDRICH MIESCHER už v roku 1869 z jadier bielych krviniek a spermií rýb, no pripisoval jej len akýsi konzervačný význam.
Až experimenty, ktoré uskutočnil FREDERICK GRIFFITH v roku 1928 na patogénnych a nepatogénnych kmeňoch baktérie Streptococcus pneumoniae, a neskôr ALFRED HERSHEY a MARTHA CHASEOVÁ v roku 1952, definitívne potvrdili, že nositeľom genetickej informácie je molekula DNA, a nie bielkoviny.
Ďalším dôležitým krokom bol objav princípu komplementarity báz (A=T, C=G), ktorý popísal ERWIN CHARGAFF.
Štruktúra DNA (dvojitá skrutkovica) bola definitívne objavená a opísaná v roku 1953. Zaslúžili sa o to FRANCIS CRICK (1916–2004), JAMES WATSON (nar. 1928), MAURICE WILKINS (1916–2004) a ROSALIND FRANKLINOVÁ (1920–1958), ktorá vytvorila kľúčové röntgenové snímky. Prví traja menovaní dostali v roku 1962 za tento prelomový objav Nobelovu cenu.
Kľúčovým dôkazom pre odhalenie dvojitej skrutkovice bola slávna snímka 51, ktorú vytvorila Rosalind Franklinová pomocou röntgenovej difrakcie. Nobelovu cenu však nedostala, pretože zomrela vo veku len 38 rokov pred jej udelením (následkom nádorov pravdepodobne z neustálej práce so žiarením) a toto ocenenie sa posmrtne neudeľuje.
Objav štruktúry DNA a nové poznatky genetiky tak podmienili vznik novej biologickej disciplíny – molekulárnej biológie. V roku 1958 Francis Crick sformuloval centrálnu dogmu molekulárnej biológie, ktorá definuje tok genetickej informácie v bunke (DNA sa replikuje, následne sa prepisuje do RNA a z nej vzniká bielkovina). Túto dogmu neskôr v roku 1970 pozmenili HOWARD TEMIN a DAVID BALTIMORE, keď objavili u retrovírusov enzým reverznú transkriptázu, ktorá dokáže informáciu prepisovať opačne – z RNA do DNA.
Odvtedy boli spravené viaceré významné kroky k pochopeniu fungovania genetickej informácie:
- objav DNA polymerázy – v roku 1956 izoloval ARTHUR KORNBERG z baktérie E. coli tento kľúčový enzým potrebný pre syntézu DNA
- produkcia inzulínu – od roku 1982 sa pomocou DNA technológií (rekombinantných baktérií) začal pre diabetikov vyrábať syntetický ľudský inzulín, čím sa nahradil inzulín extrahovaný zo zvierat
- metóda PCR (polymerázová reťazová reakcia) – v roku 1983 vznikla revolučná technika umožňujúca rýchle a cielené namnoženie úsekov DNA, čím sa extrémne zrýchlil molekulárny výskum a forenzná diagnostika.
- klonovanie – v roku 1996 sa stala vedeckou senzáciou naklonovaná ovca Dolly zo somatickej (telovej) bunky dospelej ovce
Prelom 20. a 21. storočia sa niesol v znamení genomiky a masívneho sekvenovania (určovania poradia nukleotidov). Medzinárodný projekt zameraný na mapovanie ľudského genómu (angl. Human Genome Project) bol úspešne dokončený v roku 2003. Priniesol prekvapivé zistenie, že človek má len približne 21 000 génov a že gény tvoria iba asi 1,5 % celkovej ľudskej DNA (zvyšok tvorí nekódujúca DNA). Od roku 2005 je tak známa kompletná nukleotidová sekvencia ľudskej DNA (vyše 3 miliardy bázových párov), ktorá je nám však bez poznania funkcie jednotlivých úsekov viac-menej zbytočná.
Dnešná molekulárna biológia je silne prepojená s ďalšími odbormi, ako sú biochémia, biofyzika a bioinformatika. Výskum sa upriamuje na génovú terapiu (napr. systém CRISPR/Cas9), nanotechnológie a kmeňové bunky. Nepochybne ide o smer, ktorým sa bude uberať celá veda, a preto sa 21. storočie právom označuje ako „storočie biológie“.
