Die Rolle der erblichen Variabilität bei der Evolution von Arten und ihren Formen. Erbliche Variabilität: Merkmale und Bedeutung

Es gibt zwei Arten erblicher Variabilität: mutationsbedingt und kombinativ.

Die kombinatorische Variabilität basiert auf der Bildung von Rekombinationen, d. h. solche Genkombinationen, die die Eltern nicht hatten. Phänotypisch kann sich dies nicht nur darin äußern, dass Elternmerkmale bei einigen Nachkommen in anderen Kombinationen vorkommen, sondern auch in der Bildung neuer Merkmale bei den Nachkommen, die bei den Eltern fehlen. Dies geschieht, wenn zwei oder mehr nicht-allelische Gene, die sich bei den Eltern unterscheiden, die Bildung desselben Merkmals beeinflussen.

Die Hauptquellen der kombinativen Variabilität sind:

Unabhängige Divergenz homologer Chromosomen in der ersten meiotischen Teilung;

Genrekombination basierend auf dem Phänomen der Chromosomenkreuzung (Rekombinationschromosomen verursachen, sobald sie sich in der Zygote befinden, das Auftreten von Zeichen, die für Eltern nicht typisch sind);

Zufälliges Treffen von Gameten während der Befruchtung.

Im Kern Mutationsvariabilität Mutationen liegen – anhaltende Veränderungen im Genotyp, die ganze Chromosomen, deren Teile oder einzelne Gene betreffen.

1) Arten von Mutationen werden entsprechend den Folgen des Einflusses auf den Körper in vorteilhafte, schädliche und neutrale unterteilt.

2) Je nach Entstehungsort können Mutationen generativ sein, wenn sie in Keimzellen entstehen: Sie können sich in der Generation manifestieren, die sich aus Keimzellen entwickelt. Somatische Mutationen treten in somatischen (nichtgeschlechtlichen) Zellen auf. Solche Mutationen können nur durch asexuelle oder vegetative Fortpflanzung auf die Nachkommen übertragen werden.

3) Abhängig davon, welchen Teil des Genotyps sie betreffen, können Mutationen sein:

Genomisch, was zu einer mehrfachen Veränderung der Chromosomenzahl führt, beispielsweise Polyploidie;

Chromosomen, verbunden mit einer Änderung der Chromosomenstruktur, der Hinzufügung eines zusätzlichen Abschnitts aufgrund eines Crossovers, einer Drehung eines bestimmten Chromosomenabschnitts um 180 ° oder einer Änderung der Anzahl einzelner Chromosomen. Dank chromosomaler Umlagerungen kommt es zur Evolution des Karyotyps, und einzelne Mutanten, die als Ergebnis solcher Umlagerungen entstanden sind, können sich besser an die Existenzbedingungen anpassen, sich vermehren und eine neue Art hervorbringen;

Genmutationen gehen mit einer Veränderung der Nukleotidsequenz in einem DNA-Molekül einher. Dies ist die häufigste Mutationsart.

4) Je nach Art des Auftretens werden Mutationen in spontane und induzierte Mutationen unterteilt.

Spontane Mutationen treten unter natürlichen Bedingungen unter dem Einfluss mutagener Umweltfaktoren ohne menschliches Eingreifen auf.

Induzierte Mutationen treten auf, wenn mutagene Faktoren auf den Körper gerichtet sind. Zu den physikalischen Mutagenen gehören verschiedene Arten von Strahlung, niedrige und hohe Temperaturen; zu chemisch - verschiedene Chemische Komponenten; zu biologischen - Viren.

Mutationen sind also die Hauptquelle erblicher Variabilität – ein Faktor in der Evolution von Organismen. Aufgrund von Mutationen entstehen neue Allele (man nennt sie Mutanten). Die meisten Mutationen sind jedoch schädlich für Lebewesen, da sie ihre Fitness, die Fähigkeit, Nachkommen zu zeugen, verringern. Die Natur macht viele Fehler, indem sie dank Mutationen viele veränderte Genotypen schafft, aber gleichzeitig wählt sie immer unverkennbar und automatisch diejenigen Genotypen aus, die den Phänotyp ergeben, der an bestimmte Umweltbedingungen am besten angepasst ist.

Somit ist der Mutationsprozess die Hauptquelle für evolutionäre Veränderungen.

2. Geben allgemeine Charakteristiken Klasse Dikotyle Pflanzen. Welche Bedeutung haben zweikeimblättrige Pflanzen in der Natur und im menschlichen Leben?

Klasse zweikeimblättriger Pflanzen Pflanzen, in denen der Samenembryo enthalten ist

zwei Keimblätter.

Dicot-Klasse – 325 Familien.

Betrachten Sie große Familien zweikeimblättriger Pflanzen.

Familie	Merkmale einer Blume, Blütenstand	Blütenformel	Fötus	Vertreter
Compositae	Blüten - klein, röhrenförmig und rohrförmig - asymmetrisch. Blütenstand - Korb.	Ch (5) L 5 Tn P 1 – Röhrenblüten Ch (5) L 5 Tn P 1 – Schilfblüten	Samen, Nuss	Krautige Pflanzen (Heil- und Ölsaaten) – Löwenzahn, Chicorée, Kornblume, Kamille, Aster und viele andere.
Kreuzblütler	Blütenhülle – viergliedrig. Blütenstand traubig, selten schildförmig.	W 4 L 4 T 4+2 R 1	Schote, Schote	Einjährige und mehrjährige krautige Pflanzen - Rüben, Radieschen, Rüben, Radieschen, Kohlrüben und viele andere.
Rosaceae	Blumen sind einzeln	P (5) L 5 Tn P 1 P 5+5 L 5 Tn P 1	Steinfrucht, zusammengesetzte Steinfrucht, Polynutlet, Apfel	Kräuter, Sträucher, Bäume. Hagebutte, Himbeere, Erdbeere, Pflaume, Apfelbaum, Birne und viele andere.
Hülsenfrüchte	Bürstenkopf	W 5 L 1+2+(2) T (9)+1 P 1	Bohne	Sträucher. Krautige Pflanzen – Bohnen, Erbsen, Linsen, Erdnüsse, Klee, Luzerne, Lupinen und viele andere.
Nachtschatten	Einzelne Blüten oder Blütenstände - Pinsel, Locke	W (5) L (5) T (5) R 1	Beere, Kiste	Bäume. Krautige Pflanzen - Auberginen, Tomaten, Paprika, Kartoffeln, Nachtschatten, Dope, Bilsenkraut und viele andere. Andere

BEDEUTUNG IN DER NATUR: - Pflanzen dieser Klasse sind Produzenten in Ökosystemen, d. h. sie photosynthetisieren organische Substanzen; - Diese Pflanzen sind der Anfang von allem Nahrungskette; - Diese Pflanzen bestimmen die Art der Biogeozänose (Birkenwald, Weidenröschensteppe); Sie sind aktive Teilnehmer am Stoff- und Wasserkreislauf.

BEDEUTUNG IM MENSCHLICHEN LEBEN: - Unter den Pflanzen der zweikeimblättrigen Klasse gibt es viele Kulturpflanzen, deren Organe für die menschliche Ernährung verwendet werden (Familie Rosaceae – Kirsche, Apfel, Pflaume, Himbeere, Familie Compositae – Sonnenblume, Familie Solanaceae – Tomate, Kartoffel). , Pfeffer, Familie. Kreuzblütler - verschiedene Kohlsorten, Hülsenfrüchte - Erbsen, Sojabohnen, Bohnen) - viele Pflanzen werden als Viehfutter verwendet; - bei der Herstellung von Naturgarnen (Leinen, Baumwolle); - als kulturell und dekorativ (Akazie, Rosen); - Arzneimittel (Senf, Kamille, Brennnessel, Thermopsis). Es gibt auch viele Gewürze in dieser Klasse, sie produzieren Tabak, Kaffee, Tee, Kakao, Farbstoffe, Seile, Seile, Papier, Holzutensilien, Möbel, Musikinstrumente; - Das Holz einiger Dikotyledonen (Eiche, Hainbuche, Linde) ist für den Bau von unschätzbarem Wert.

erbliche Variabilität- Dies ist eine Form der Variabilität, die durch Veränderungen im Genotyp verursacht wird und mit Mutations- oder Kombinationsvariabilität verbunden sein kann.

Mutationsvariabilität

Gene unterliegen von Zeit zu Zeit Veränderungen, die sogenannten Mutationen. Diese Veränderungen sind zufällig und treten spontan auf. Die Ursachen für Mutationen können sehr vielfältig sein. Verfügbar ganze Zeile Faktoren, die die Wahrscheinlichkeit von Mutationen erhöhen. Es kann die Wirkung bestimmter sein Chemikalien, Strahlung, Temperatur usw. Mit Hilfe dieser Mittel ist es möglich, Mutationen hervorzurufen, der Zufallscharakter ihres Auftretens bleibt jedoch erhalten und es ist unmöglich, das Auftreten einer bestimmten Mutation vorherzusagen.

Die daraus resultierenden Mutationen werden an die Nachkommen weitergegeben, d. h. sie bestimmen die erbliche Variabilität, wobei eine wichtige Einschränkung darin besteht, wo die Mutation aufgetreten ist. Wenn in einer Keimzelle eine Mutation auftritt, dann hat diese die Fähigkeit, an Nachkommen weitergegeben, also vererbt zu werden. Tritt eine Mutation in einer Körperzelle auf, wird sie nur auf die Zellen übertragen, die aus dieser Körperzelle hervorgehen. Solche Mutationen werden somatisch genannt, sie werden nicht vererbt.

Es gibt mehrere Haupttypen von Mutationen:

1. Genmutationen, bei denen Veränderungen auf der Ebene einzelner Gene, also Abschnitten des DNA-Moleküls, auftreten. Dies kann der Verlust von Nukleotiden, der Ersatz einer Base durch eine andere, die Neuanordnung von Nukleotiden oder die Hinzufügung neuer Nukleotide sein.
2. Chromosomenmutationen, die mit einer Verletzung der Chromosomenstruktur verbunden sind. Sie führen zu gravierenden Veränderungen, die auch mit dem Mikroskop erkennbar sind. Zu solchen Mutationen zählen der Verlust von Chromosomenabschnitten (Deletionen), das Hinzufügen von Abschnitten, die Drehung eines Chromosomenabschnitts um 180° und das Auftreten von Wiederholungen.
3. Genomische Mutationen, die durch eine Veränderung der Chromosomenzahl verursacht werden. Es können zusätzliche homologe Chromosomen auftreten, im Chromosomensatz gibt es anstelle von zwei homologen Chromosomen drei - Trisomie. Bei der Monosomie geht ein Chromosom eines Paares verloren. Bei der Polyploidie kommt es zu einer mehrfachen Vermehrung des Genoms. Eine weitere Variante der genomischen Mutation ist die Haploidie, bei der von jedem Paar nur noch ein Chromosom übrig bleibt.

Die Häufigkeit von Mutationen wird, wie bereits erwähnt, von verschiedenen Faktoren beeinflusst. Wenn eine Reihe genomischer Mutationen auftreten sehr wichtig hat insbesondere das Alter der Mutter.

Vererbung und Variabilität. Kombinationsvariabilität

Diese Art der Variabilität wird durch die Art des sexuellen Prozesses bestimmt. Bei der kombinativen Variabilität entstehen aufgrund neuer Genkombinationen neue Genotypen. Diese Art der Variabilität manifestiert sich bereits im Stadium der Keimzellenbildung. Wie bereits erwähnt, enthält jede Geschlechtszelle (Gamete) von jedem Paar nur ein homologes Chromosom. Chromosomen gelangen auf völlig zufällige Weise in die Keimzelle, sodass sich die Keimzellen einer Person hinsichtlich des Gensatzes in den Chromosomen stark unterscheiden können. Ein noch wichtigeres Stadium für die Entstehung kombinativer Variabilität ist die Befruchtung, nach der in einem neu entstandenen Organismus 50 % der Gene von einem Elternteil und 50 % vom anderen Elternteil geerbt werden.

Aus der Geschichte

Die Vorstellung, dass Lebewesen durch Vererbung und Variabilität gekennzeichnet sind, entwickelte sich bereits in der Antike. Es wurde festgestellt, dass bei der Fortpflanzung von Organismen von Generation zu Generation ein Komplex von Zeichen und Eigenschaften übertragen wird, die einer bestimmten Art innewohnen (Manifestation der Vererbung). Es ist jedoch ebenso offensichtlich, dass es einige Unterschiede zwischen Individuen derselben Art gibt (Variabilitätsmanifestation).

Das Wissen über das Vorhandensein dieser Eigenschaften wurde bei der Entwicklung neuer Sorten von Kulturpflanzen und Haustierrassen genutzt. Isstari in Landwirtschaft Dabei kam die Hybridisierung zum Einsatz, also die Kreuzung von Organismen, die sich in irgendeiner Weise voneinander unterscheiden. Allerdings vorher Ende des 19. Jahrhunderts V. Solche Arbeiten wurden durch Versuch und Irrtum durchgeführt, da die Mechanismen, die der Manifestation solcher Eigenschaften von Organismen zugrunde liegen, nicht bekannt waren und die diesbezüglichen Hypothesen rein spekulativ waren.

Im Jahr 1866 wurde die Arbeit von Gregor Mendel, einem tschechischen Forscher, „Experimente an Pflanzenhybriden“ veröffentlicht. Es beschrieb die Muster der Vererbung von Merkmalen in den Pflanzengenerationen mehrerer Arten, die G. Mendel als Ergebnis zahlreicher und sorgfältig durchgeführter Experimente identifizierte. Seine Forschung erregte jedoch nicht die Aufmerksamkeit seiner Zeitgenossen, die die Neuheit und Tiefe der Ideen nicht würdigten, die das allgemeine Niveau der biologischen Wissenschaften dieser Zeit übertrafen. Erst im Jahr 1900, nach der erneuten und unabhängigen Entdeckung der Gesetze von G. Mendel durch drei Forscher (G. de Vries in Holland, K. Korrens in Deutschland und E. Cermak in Österreich), begann die Entwicklung einer neuen biologischen Wissenschaft – der Genetik, die untersucht Muster der Vererbung und Variabilität. Gregor Mendel gilt zu Recht als Begründer dieser jungen, sich aber sehr schnell entwickelnden Wissenschaft.

Vererbung von Organismen

Als Vererbung von Organismen bezeichnet man die gemeinsame Eigenschaft aller Organismen, Strukturmerkmale und Funktionen zu bewahren und von den Vorfahren an die Nachkommen weiterzugeben.

Die Beziehung zwischen Eltern und Nachkommen in Organismen erfolgt hauptsächlich durch Fortpflanzung. Nachkommen sind immer wie Eltern und Vorfahren, aber sie sind keine exakte Kopie.

Jeder weiß, dass aus einer Eichel eine Eiche wächst und aus Eiern Kuckucksküken schlüpfen. Aus den Samen von Kulturpflanzen einer bestimmten Sorte wachsen Pflanzen derselben Sorte. Bei Haustieren behalten Nachkommen derselben Rasse ihre Eigenschaften.

Warum sehen Nachkommen wie ihre Eltern aus? Zu Darwins Zeiten waren die Ursachen der Vererbung kaum bekannt. Mittlerweile ist bekannt, dass die materielle Grundlage der Vererbung die auf den Chromosomen befindlichen Gene sind. Ein Gen ist ein Abschnitt eines Moleküls organische Substanz DNA, unter deren Einfluss Zeichen gebildet werden. In den Zellen von Organismen verschiedene Typen enthält Einheiten und Dutzende von Chromosomen und Hunderttausende von Genen.

Chromosomen mit darin befindlichen Genen kommen sowohl in Keimzellen als auch in Körperzellen vor. Bei der sexuellen Fortpflanzung kommt es zur Verschmelzung männlicher und weiblicher Gameten. In den Zellen des Embryos werden männliche und weibliche Chromosomen kombiniert, daher erfolgt ihre Bildung unter dem Einfluss der Gene sowohl des mütterlichen als auch des väterlichen Organismus. Die Entwicklung einiger Merkmale wird stärker von den Genen des mütterlichen Organismus beeinflusst, andere – vom väterlichen Organismus, und mütterliche und väterliche Gene haben einen gleichen Einfluss auf die dritten Merkmale. Daher ähnelt der Nachwuchs in mancher Hinsicht dem Organismus der Mutter, in anderen – dem des Vaters, in der dritten – vereint er die Merkmale von Vater und Mutter, hat also einen Zwischencharakter.

Die Variabilität von Organismen

Als Variabilität von Organismen bezeichnet man die allgemeine Eigenschaft von Organismen, neue Merkmale – Unterschiede zwischen Individuen innerhalb einer Art – zu erwerben.

Alle Anzeichen von Organismen sind veränderlich: Merkmale äußerer und Interne Struktur, Physiologie, Verhalten usw. Bei den Nachkommen eines Tierpaares oder bei Pflanzen, die aus den Samen einer Frucht gewachsen sind, ist es unmöglich, völlig identische Individuen zu treffen. In einer Schafherde derselben Rasse unterscheidet sich jedes Tier in subtilen Merkmalen: Körpergröße, Beinlänge, Kopf, Farbe, Länge und Dichte der Wolllocken, Stimme, Gewohnheiten. Die Anzahl der Randblüten in den Blütenständen der Goldrute (Gruppe der Korbblütler) liegt zwischen 5 und 8. Die Anzahl der Blütenblätter der Eichen-Anemone (Familie der Hahnenfußgewächse) beträgt 6 und manchmal 7 und 8. Pflanzen derselben Art oder Sorten unterscheiden sich etwas voneinander in Bezug auf Blüte, Reife der Früchte, Grad der Trockenresistenz usw. Aufgrund der Variabilität der Individuen ist die Population heterogen.

Darwin unterschied zwei Hauptformen der Variabilität – nicht erblich und erblich.

Nicht erbliche oder modifizierende Variabilität

Es ist seit langem bekannt, dass sich alle Individuen einer bestimmten Rasse, Sorte oder Art unter dem Einfluss einer bestimmten Ursache in eine Richtung verändern. Kulturpflanzensorten verlieren ohne die Bedingungen, unter denen sie vom Menschen gezüchtet wurden, ihre Qualitäten. Beispielsweise bildet Weißkohl beim Anbau in heißen Ländern keinen Kopf. Es ist bekannt, dass Pflanzen bei guter Düngung, Bewässerung und Beleuchtung üppig wachsen und Früchte tragen. Pferderassen, die in die Berge oder auf Inseln gebracht werden, wo das Futter nicht nahrhaft ist, verkümmern mit der Zeit. Die Produktivität von Outbred-Tieren unter Bedingungen verbesserter Haltung und Pflege steigt. Alle diese Veränderungen sind nicht erblich, und wenn Pflanzen oder Tiere in ihre ursprünglichen Existenzbedingungen überführt werden, kehren die Zeichen wieder zu ihren ursprünglichen Bedingungen zurück.

Die Ursachen der nichterblichen oder modifizierenden Variabilität von Organismen waren zur Zeit Darwins kaum bekannt. Bisher wurde herausgefunden, dass die Entstehung eines Organismus sowohl unter dem Einfluss von Genen als auch unter dem Einfluss von Umweltbedingungen erfolgt. Diese Zustände sind die Ursache für nicht erbliche Veränderungen, Veränderungen und Variabilität. Sie können Wachstum und Entwicklung beschleunigen oder verlangsamen und die Farbe von Blüten in Pflanzen verändern, aber die Gene ändern sich nicht. Dank an nicht erbliche Variabilität Individuen von Populationen sind an veränderte Umweltbedingungen angepasst.

erbliche Variabilität

Neben der Modifikation gibt es eine weitere Form der Variabilität – die erbliche Variabilität von Organismen, die Chromosomen oder Gene, also die materiellen Grundlagen der Vererbung, beeinflusst. Erbliche Veränderungen waren Darwin wohlbekannt, er wies ihnen eine große Rolle in der Evolution zu.

Die Ursachen der erblichen Variation waren zu Darwins Zeiten ebenfalls wenig erforscht. Mittlerweile ist bekannt, dass erbliche Veränderungen auf Veränderungen in den Genen oder der Bildung neuer Kombinationen davon bei den Nachkommen zurückzuführen sind. Eine Art erblicher Variabilität – Mutationen – ist also auf eine Veränderung der Gene zurückzuführen; eine andere Art – kombinative Variabilität – wird durch eine neue Kombination von Genen bei den Nachkommen verursacht; die dritte – korrelative Variabilität – hängt mit der Tatsache zusammen, dass dasselbe Gen nicht die Bildung eines, sondern zweier oder mehrerer Merkmale beeinflusst. Die Grundlage aller Arten erblicher Variabilität ist somit eine Veränderung eines Gens oder einer Reihe von Genen.

Mutationen können geringfügig sein und eine Vielzahl morphologischer und physiologischer Merkmale des Organismus beeinflussen, beispielsweise bei Tieren – Größe, Farbe, Fruchtbarkeit, Milchigkeit usw. Manchmal äußern sich Mutationen in schwerwiegenderen Veränderungen. Solche Veränderungen wurden verwendet, um Fettschwanz-, Merino- und Astrachan-Schafrassen, Frotteesorten vieler Zierpflanzen sowie Bäume mit weinenden und Pyramidenkronen zu schaffen. Bekannte erbliche Veränderungen bei Erdbeeren mit einfachen eiförmigen Blättern, Schöllkraut mit eingeschnittenen Blättern.

Mutationen können durch vielfältige Einflüsse entstehen. Die Quelle der kombinativen Variabilität in Populationen ist Kreuzung. Einzelne Individuen derselben Population unterscheiden sich im Genotyp etwas voneinander. Durch freie Kreuzung entstehen neue Genkombinationen.

Erbliche Veränderungen, die aufgrund zufälliger Ursachen in einer Population aufgetreten sind, breiten sich durch freie Kreuzung allmählich unter den Individuen aus und die Population wird mit ihnen gesättigt. Diese erblichen Veränderungen an sich können nicht zur Entstehung einer neuen Population, geschweige denn einer neuen Art führen, sie sind es aber notwendiges Material zur Selektion, eine Voraussetzung für evolutionären Wandel.

Sogar Darwin bemerkte die korrelative Natur der erblichen Variabilität. Beispielsweise gehen die langen Gliedmaßen von Tieren fast immer mit einem verlängerten Hals einher; haarlose Hunde haben unterentwickelte Zähne; Tauben mit gefiederten Beinen haben Schwimmhäute zwischen den Zehen. Bei Tafelrübensorten verändert sich die Farbe der Hackfrucht, der Blattstiele und der Blattunterseite koordiniert. Das Löwenmäulchen mit hellen Blütenkronen hat einen grünen Stiel und Blätter; mit dunkler Krone – Stängel und Blätter sind dunkel. Daher sollte man bei der Auswahl eines gewünschten Merkmals die Möglichkeit berücksichtigen, dass bei den Nachkommen andere, manchmal unerwünschte, relativ damit verbundene Merkmale auftreten.

Vererbung und Variabilität sind unterschiedliche Eigenschaften von Organismen, die die Ähnlichkeit und Unähnlichkeit der Nachkommen mit ihren Eltern und weiter entfernten Vorfahren bestimmen. Vererbung drückt die Stabilität organischer Formen über mehrere Generationen und Variabilität aus – ihre Fähigkeit zur Transformation.

Darwin betonte wiederholt die Notwendigkeit einer tiefgreifenden Entwicklung der Gesetze der Variabilität und Vererbung. Später wurden sie Gegenstand genetischer Studien.

Vererbung- Das das wichtigste Merkmal lebende Organismen, die in der Fähigkeit besteht, die Eigenschaften und Funktionen der Eltern auf ihre Nachkommen zu übertragen. Diese Übertragung erfolgt mithilfe von Genen.

Ein Gen ist eine Einheit zur Speicherung, Übertragung und Umsetzung erblicher Informationen. Ein Gen ist ein bestimmter Abschnitt eines DNA-Moleküls, in dessen Struktur die Struktur eines bestimmten Polypeptids (Proteins) kodiert ist. Wahrscheinlich kodieren viele DNA-Regionen nicht für Proteine, sondern üben regulatorische Funktionen aus. Ohnehin sind in der Struktur des menschlichen Genoms nur etwa 2 % der DNA Sequenzen, auf deren Grundlage Boten-RNA synthetisiert wird (Transkriptionsprozess), die dann bei der Proteinsynthese die Aminosäuresequenz bestimmt (Translationsprozess). Derzeit geht man davon aus, dass das menschliche Genom etwa 30.000 Gene enthält.

Gene befinden sich auf Chromosomen, die sich in den Zellkernen befinden und riesige DNA-Moleküle sind.

Chromosomentheorie der Vererbung wurde 1902 von Setton und Boveri formuliert. Nach dieser Theorie sind Chromosomen Träger genetischer Informationen, die die Erbeigenschaften eines Organismus bestimmen. Beim Menschen hat jede Zelle 46 Chromosomen, aufgeteilt in 23 Paare. Chromosomen, die ein Paar bilden, werden als homolog bezeichnet.

Geschlechtszellen (Gameten) werden durch eine besondere Art der Teilung gebildet – die Meiose. Durch die Meiose verbleibt in jeder Keimzelle nur ein homologes Chromosom von jedem Paar, d. h. 23 Chromosomen. Ein solcher einzelner Chromosomensatz wird haploid genannt. Bei der Befruchtung, wenn die männlichen und weiblichen Geschlechtszellen verschmelzen und eine Zygote entsteht, wird der Doppelsatz, der als diploid bezeichnet wird, wiederhergestellt. In der Zygote des daraus entstehenden Organismus wird ein Chromosom von jedem Nara vom väterlichen Organismus übernommen, das andere vom mütterlichen.

Ein Genotyp ist eine Reihe von Genen, die ein Organismus von seinen Eltern erhält.

Ein weiteres Phänomen, das genetische Studien untersucht, ist die Variabilität. Unter Variabilität versteht man die Fähigkeit von Organismen, neue Merkmale – Unterschiede innerhalb einer Art – zu erwerben. Es gibt zwei Arten von Änderungen:
- erblich;
- Modifikation (nicht erblich).

erbliche Variabilität- Dies ist eine Form der Variabilität, die durch Veränderungen im Genotyp verursacht wird und mit Mutations- oder Kombinationsvariabilität verbunden sein kann.

Mutationsvariabilität.
Gene unterliegen von Zeit zu Zeit Veränderungen, die als Mutationen bezeichnet werden. Diese Veränderungen sind zufällig und treten spontan auf. Die Ursachen für Mutationen können sehr vielfältig sein. Es gibt eine Reihe von Faktoren, die die Wahrscheinlichkeit des Auftretens einer Mutation erhöhen. Dies kann die Einwirkung bestimmter Chemikalien, Strahlung, Temperatur usw. sein. Auf diese Weise können Mutationen verursacht werden, ihr Auftreten bleibt jedoch zufällig und es ist unmöglich, das Auftreten einer bestimmten Mutation vorherzusagen.

Die resultierenden Mutationen werden an die Nachkommen weitergegeben, das heißt, sie bestimmen die erbliche Variabilität, die damit zusammenhängt, wo die Mutation aufgetreten ist. Wenn in einer Keimzelle eine Mutation auftritt, besteht die Möglichkeit, dass sie an Nachkommen weitergegeben wird, d. h. vererbt werden. Wenn die Mutation in einer Körperzelle aufgetreten ist, wird sie nur auf diejenigen übertragen, die aus dieser Körperzelle hervorgehen. Solche Mutationen werden somatisch genannt, sie werden nicht vererbt.

Es gibt mehrere Haupttypen von Mutationen.
- Genmutationen, bei denen Veränderungen auf der Ebene einzelner Gene, also Abschnitten des DNA-Moleküls, auftreten. Dies kann eine Verschwendung von Nukleotiden, der Ersatz einer Base durch eine andere, eine Neuanordnung von Nukleotiden oder die Hinzufügung neuer Nukleotide sein.
- Chromosomenmutationen, die mit einer Verletzung der Chromosomenstruktur verbunden sind, führen zu schwerwiegenden Veränderungen, die mit einem Mikroskop erkannt werden können. Zu solchen Mutationen zählen der Verlust von Chromosomenabschnitten (Deletionen), das Hinzufügen von Abschnitten, die Drehung eines Chromosomenabschnitts um 180° und das Auftreten von Wiederholungen.
- Genommutationen werden durch eine Veränderung der Chromosomenzahl verursacht. Es können zusätzliche homologe Chromosomen auftreten: Im Chromosomensatz gibt es anstelle von zwei homologen Chromosomen drei Trisomien. Bei der Monosomie geht ein Chromosom eines Paares verloren. Bei der Polyploidie kommt es zu einer mehrfachen Vermehrung des Genoms. Eine weitere Variante der genomischen Mutation ist die Haploidie, bei der von jedem Paar nur noch ein Chromosom übrig bleibt.

Die Häufigkeit von Mutationen wird, wie bereits erwähnt, von verschiedenen Faktoren beeinflusst. Bei mehreren genomischen Mutationen ist vor allem das Alter der Mutter von großer Bedeutung.

Kombinationsvariabilität.
Diese Art der Variabilität wird durch die Art des sexuellen Prozesses bestimmt. Bei der kombinativen Variabilität entstehen aufgrund neuer Genkombinationen neue Genotypen. Diese Art der Variabilität manifestiert sich bereits im Stadium der Keimzellenbildung. Wie bereits erwähnt, enthält jede Geschlechtszelle (Gamete) von jedem Paar nur ein homologes Chromosom. Chromosomen gelangen zufällig in die Keimzelle, sodass sich die Keimzellen einer Person hinsichtlich des Gensatzes in den Chromosomen stark unterscheiden können. Ein noch wichtigeres Stadium für die Entstehung kombinatorischer Variabilität ist die Befruchtung, nach der 50 % der Gene des neu entstandenen Organismus von einem Elternteil und 50 % vom anderen Elternteil geerbt werden.

Modifikationsvariabilität ist nicht mit Veränderungen im Genotyp verbunden, sondern wird durch den Einfluss der Umwelt auf den sich entwickelnden Organismus verursacht.

Das Vorhandensein einer Modifikationsvariabilität ist sehr wichtig für das Verständnis des Wesens der Vererbung. Eigenschaften werden nicht vererbt. Можно взять организмы с абсолютно одинаковым генотипом, например вырастить черенки от одного и того же растения, но поместить их при этом в разные условия (освещенность, влажность, минеральное питание) и получить достаточно сильно отличающиеся растения с разными признаками (рост, урожайность, форма листьев usw.). Um die tatsächlich gebildeten Merkmale eines Organismus zu beschreiben, wird der Begriff „Phänotyp“ verwendet.

Der Phänotyp ist der Gesamtkomplex tatsächlich auftretender Merkmale eines Organismus, der sich durch das Zusammenspiel von Genotyp und Umwelteinflüssen während der Entwicklung des Organismus bildet. Das Wesen der Vererbung liegt also nicht in der Vererbung eines Merkmals, sondern in der Fähigkeit des Genotyps, durch Interaktion mit Entwicklungsbedingungen einen bestimmten Phänotyp zu ergeben.

Da Modifikationsvariabilität nicht mit Veränderungen im Genotyp verbunden ist, werden Modifikationen nicht vererbt. Normalerweise ist es aus irgendeinem Grund schwierig, diese Position anzunehmen. Es scheint, dass, wenn Eltern beispielsweise über mehrere Generationen hinweg Gewichtheben trainieren und Muskeln aufgebaut haben, diese Eigenschaften an die Kinder weitergegeben werden müssen. Mittlerweile handelt es sich hierbei um eine typische Modifikation, und Training ist der Einfluss der Umgebung, die die Entwicklung des Merkmals beeinflusst hat. Bei der Modifikation treten keine Veränderungen im Genotyp auf und die durch die Modifikation erworbenen Merkmale werden nicht vererbt. Darwin nannte diese Art der Variation „nicht erblich“.

Zur Charakterisierung der Grenzen der Modifikationsvariabilität wird das Konzept der Reaktionsnorm verwendet. Manche Merkmale eines Menschen können aufgrund von Umwelteinflüssen nicht verändert werden, etwa Blutgruppe, Geschlecht, Augenfarbe. Andere hingegen reagieren sehr empfindlich auf die Auswirkungen der Umwelt. Beispielsweise wird durch längere Sonneneinstrahlung die Hautfarbe dunkler und das Haar heller. Das Gewicht einer Person wird stark von den Merkmalen der Ernährung, der Krankheit und dem Vorhandensein von Krankheiten beeinflusst schlechte Angewohnheiten, Stress, Lebensstil.

Umwelteinflüsse können nicht nur zu quantitativen, sondern auch zu qualitativen Veränderungen des Phänotyps führen. Bei einigen Primelarten erscheinen bei niedrigen Lufttemperaturen (15–20 °C) rote Blüten, wenn die Pflanzen jedoch in eine feuchte Umgebung mit einer Temperatur von 30 °C gestellt werden, bilden sich weiße Blüten.

Darüber hinaus charakterisiert die Reaktionsgeschwindigkeit zwar eine nicht erbliche Form der Variabilität (Modifikationsvariabilität), wird aber auch durch den Genotyp bestimmt. Diese Bestimmung ist sehr wichtig: Die Reaktionsgeschwindigkeit hängt vom Genotyp ab. Der gleiche Einfluss der Umwelt auf den Genotyp kann zu einer starken Veränderung eines seiner Merkmale führen und das andere in keiner Weise beeinflussen.

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Nennen Sie Beispiele für Anzeichen, die sich unter dem Einfluss verändern Außenumgebung.

Was sind Mutationen?

Variabilität- eine der wichtigsten Eigenschaften von Lebewesen, die Fähigkeit lebender Organismen, sich von Individuen anderer und ihrer eigenen Art zu unterscheiden.

Es gibt zwei Arten von Variabilität: nicht erblich(phänotypisch oder Modifikation) und erblich(genotypisch).

Nicht erbliche (Modifikations-)Variabilität. Bei dieser Art von Variabilität handelt es sich um den Prozess der Entstehung neuer Merkmale unter dem Einfluss von Umweltfaktoren, die den Genotyp nicht beeinflussen. Folglich werden die in diesem Fall auftretenden Änderungen von Zeichen – Modifikationen – nicht vererbt (Abb. 93). Zwei eineiige (eineiige) Zwillinge, die genau die gleichen Genotypen haben, aber durch den Willen des Schicksals unter unterschiedlichen Bedingungen aufgewachsen sind, können sehr unterschiedlich sein. Ein klassisches Beispiel für den Einfluss der äußeren Umgebung auf die Entwicklung von Merkmalen ist die Pfeilspitze. Diese Pflanze entwickelt je nach Wachstumsbedingungen drei Arten von Blättern – in der Luft, in der Wassersäule oder auf ihrer Oberfläche.

Reis. 93. Eichenblätter wachsen bei hellem Licht (A) und an einem schattigen Ort (B)

Reis. 94. Veränderung der Fellfarbe des Himalaya-Kaninchens unter dem Einfluss verschiedener Temperaturen

Unter Temperatureinfluss Umfeld Die Fellfarbe des Himalaya-Kaninchens verändert sich. Der sich im Mutterleib entwickelnde Embryo ist einer erhöhten Temperatur ausgesetzt, die das für die Pigmentsynthese notwendige Enzym zerstört, sodass Kaninchen völlig weiß geboren werden. Kurz nach der Geburt beginnen sich bestimmte hervorstehende Körperteile (Nase, Ohrenspitzen und Schwanz) zu verdunkeln, da dort die Temperatur niedriger ist als anderswo und das Enzym nicht zerstört wird. Wenn Sie einen Bereich weißer Wolle herausreißen und die Haut abkühlen, wächst an dieser Stelle schwarze Wolle (Abb. 94).

Unter ähnlichen Umweltbedingungen gibt es in genetisch nahestehenden Organismen eine Änderungsvariabilität Gruppencharakter, zum Beispiel in Sommerzeit Bei den meisten Menschen lagert sich unter dem Einfluss von UV-Strahlen ein Schutzpigment, Melanin, in der Haut ab, man nimmt ein Sonnenbad.

Bei derselben Art von Organismen kommt es unter dem Einfluss von Umweltbedingungen zu einer Variabilität verschiedene Zeichen kann völlig unterschiedlich sein. Bei Rindern beispielsweise hängen Milchleistung, Gewicht und Fruchtbarkeit stark von den Fütterungs- und Haltungsbedingungen ab, und beispielsweise ändert sich der Fettgehalt der Milch unter dem Einfluss äußerer Bedingungen nur sehr wenig. Die Manifestationen der Modifikationsvariabilität für jedes Merkmal werden durch ihre Reaktionsgeschwindigkeit begrenzt. Reaktionsrate- Dies sind die Grenzen, innerhalb derer eine Veränderung eines Merkmals in einem bestimmten Genotyp möglich ist. Im Gegensatz zur Modifikationsvariabilität selbst wird die Reaktionsgeschwindigkeit vererbt und ihre Grenzen sind für verschiedene Merkmale und für einzelne Individuen unterschiedlich. Die engste Reaktionsgeschwindigkeit ist typisch für lebenswichtige Zeichen wichtige Eigenschaften Organismus.

Aufgrund der Tatsache, dass die meisten Modifikationen eine adaptive Bedeutung haben, tragen sie zur Anpassung bei – der Anpassung des Körpers innerhalb der Grenzen der Reaktionsnorm an die Existenz unter sich ändernden Bedingungen.

Erbliche (genotypische) Variabilität. Diese Art der Variabilität ist mit Veränderungen des Genotyps verbunden und die dadurch erworbenen Merkmale werden vererbt. nächste Generationen. Es gibt zwei Formen der genotypischen Variabilität: kombinative und mutationsbedingte.

Kombinationsvariabilität besteht im Auftreten neuer Merkmale als Folge der Bildung anderer Kombinationen elterlicher Gene in den Genotypen der Nachkommen. Diese Art von Variabilität basiert auf der unabhängigen Divergenz homologer Chromosomen in der ersten meiotischen Teilung. zufällige Begegnung Gameten desselben Elternpaares während der Befruchtung und zufällige Auswahl der Elternpaare. Es führt auch zur Rekombination von genetischem Material und erhöht die Variabilität des Austauschs von Abschnitten homologer Chromosomen, der in der ersten Prophase der Meiose stattfindet. Somit ändert sich im Prozess der kombinativen Variabilität die Struktur von Genen und Chromosomen nicht, aber neue Kombinationen von Allelen führen zur Bildung neuer Genotypen und infolgedessen zum Auftreten von Nachkommen mit neuen Phänotypen.

Mutationsvariabilität Es äußert sich in der Entstehung neuer Eigenschaften des Organismus durch die Bildung von Mutationen. Der Begriff „Mutation“ wurde erstmals 1901 vom niederländischen Botaniker Hugo de Vries eingeführt. Entsprechend moderne Ideen Mutationen- Hierbei handelt es sich um plötzliche natürliche oder künstlich herbeigeführte vererbte Veränderungen im Erbgut, die zu einer Veränderung bestimmter phänotypischer Merkmale und Eigenschaften des Organismus führen. Mutationen sind ungerichteter, also zufälliger Natur und die wichtigste Quelle erblicher Veränderungen, ohne die die Evolution von Organismen unmöglich ist. Am Ende des 18. Jahrhunderts. In Amerika wurde ein Schaf mit verkürzten Gliedmaßen geboren, aus dem eine neue Ancon-Rasse hervorging (Abb. 95). in Schweden zu Beginn des 20. Jahrhunderts. Auf einer Pelzfarm wurde ein Nerz mit Platinfell geboren. Die enorme Vielfalt an Merkmalen bei Hunden und Katzen ist das Ergebnis mutationsbedingter Variationen. Mutationen treten abrupt auf, wie neue qualitative Veränderungen: Grannenloser Weizen wurde aus Grannenweizen gebildet, bei Drosophila traten kurze Flügel und gestreifte Augen auf, bei Kaninchen entstand aufgrund von Mutationen eine weiße, braune, schwarze Farbe aus der natürlichen Farbe von Agouti.

Je nach Entstehungsort werden somatische und generative Mutationen unterschieden. Somatische Mutationen entstehen in den Körperzellen und werden nicht durch sexuelle Fortpflanzung an die nächsten Generationen weitergegeben. Beispiele für solche Mutationen sind Altersflecken und Hautwarzen. generative Mutationen kommen in Keimzellen vor und werden vererbt.

Reis. 95. Ancona-Schafe

Je nach Grad der Veränderung des Erbguts werden Gen-, Chromosomen- und Genommutationen unterschieden. Genmutationen verursachen Veränderungen in einzelnen Genen und stören die Reihenfolge der Nukleotide in der DNA-Kette, was zur Synthese eines veränderten Proteins führt.

Chromosomenmutationen beeinträchtigen einen erheblichen Teil des Chromosoms und stören die Funktion vieler Gene gleichzeitig. Ein separates Fragment des Chromosoms kann sich verdoppeln oder verloren gehen, was zu schwerwiegenden Funktionsstörungen des Körpers bis hin zum Tod des Embryos in den frühen Entwicklungsstadien führt.

Genomische Mutationen führen zu einer Veränderung der Chromosomenzahl als Folge von Verletzungen der Divergenz der Chromosomen in den Teilungen der Meiose. Das Fehlen eines Chromosoms oder das Vorhandensein eines zusätzlichen Chromosoms führt zu nachteiligen Folgen. Am meisten berühmtes Beispiel Das Down-Syndrom ist eine genomische Mutation, eine Entwicklungsstörung, die auftritt, wenn ein zusätzliches 21. Chromosom auftritt. Solche Leute haben Gesamtzahl Chromosomenzahl beträgt 47.

Bei Protozoen und Pflanzen wird häufig eine Zunahme der Chromosomenzahl, ein Vielfaches des haploiden Satzes, beobachtet. Diese Veränderung im Chromosomensatz nennt man Polyploidie(Abb. 96). Die Entstehung von Polyploiden ist insbesondere mit der Nichtdisjunktion homologer Chromosomen während der Meiose verbunden, wodurch sich in diploiden Organismen nicht haploide, sondern diploide Gameten bilden können.

mutagene Faktoren. Die Fähigkeit zur Mutation ist eine der Eigenschaften von Genen, daher können Mutationen in allen Organismen auftreten. Einige Mutationen sind mit dem Leben unvereinbar und der Embryo, der sie erhalten hat, stirbt im Mutterleib, während andere dauerhafte Veränderungen von Merkmalen verursachen, die in unterschiedlichem Maße für das Leben des Individuums von Bedeutung sind. Unter normalen Bedingungen ist die Mutationsrate eines einzelnen Gens extrem niedrig (10–5), aber es gibt Umweltfaktoren, die diesen Wert deutlich erhöhen und zu irreversiblen Schäden an der Struktur von Genen und Chromosomen führen. Faktoren, deren Einfluss auf lebende Organismen zu einer Erhöhung der Mutationshäufigkeit führt, werden als mutagene Faktoren oder Mutagene bezeichnet.

Reis. 96. Polyploidie. Chrysanthemenblüten: A - diploide Form (2 N); B - polyploide Form

Alle mutagenen Faktoren können in drei Gruppen eingeteilt werden.

Physikalische Mutagene sind alle Arten ionisierender Strahlung (?-Strahlung, Röntgenstrahlung), ultraviolette Strahlung, hohe und niedrige Temperaturen.

Chemische Mutagene sind Analoga. Nukleinsäuren, Peroxide, Salze von Schwermetallen (Blei, Quecksilber), salpetrige Säure und einige andere Substanzen. Viele dieser Verbindungen verursachen Störungen bei der DNA-Replikation. Stoffe, die in der Landwirtschaft zur Schädlings- und Unkrautbekämpfung eingesetzt werden (Pestizide und Herbizide), Abfallprodukte von Industriebetrieben, bestimmte Lebensmittelfarb- und Konservierungsstoffe, einige Medikamente, Tabakrauchbestandteile wirken mutagen.

In Russland und anderen Ländern der Welt wurden spezielle Labore und Institute eingerichtet, um alle neu synthetisierten chemischen Verbindungen auf Mutagenität zu testen.

Zur Gruppe biologische Mutagene Dazu gehören fremde DNA und Viren, die durch die Einbettung in die DNA des Wirts die Funktion von Genen stören.

Überprüfen Sie Fragen und Aufgaben

1. Welche Arten von Variabilität kennen Sie?

2. Was ist eine Reaktionsgeschwindigkeit?

3. Erklären Sie, warum phänotypische Variabilität nicht vererbt wird.

4. Was sind Mutationen? Beschreiben Sie die Haupteigenschaften von Mutationen.

5. Geben Sie eine Klassifizierung der Mutationen nach dem Ausmaß der Veränderungen im Erbgut an.

6. Nennen Sie die Hauptgruppen mutagener Faktoren. Nennen Sie Beispiele für Mutagene, die zu jeder Gruppe gehören. Prüfen Sie, ob in Ihrer Umgebung mutagene Faktoren vorhanden sind. Zu welcher Gruppe von Mutagenen gehören sie?

Denken! Ausführen!

1. Können Umweltfaktoren Ihrer Meinung nach die Entwicklung eines Organismus beeinflussen, der eine tödliche Mutation trägt?

2. Kann sich kombinatorische Variabilität in Abwesenheit des sexuellen Prozesses manifestieren?

3. Besprechen Sie im Unterricht, wie die Exposition des Menschen gegenüber mutagenen Faktoren in der heutigen Welt verringert werden kann.

4. Können Sie Beispiele für Modifikationen nennen, die nicht adaptiver Natur sind?

5. Erklären Sie jemandem, der sich mit Biologie nicht auskennt, wie sich Mutationen von Modifikationen unterscheiden.

6. Führen Sie die Studie durch: „Untersuchung der Modifikationsvariabilität bei Schülern (z. B. Körpertemperatur und Pulsfrequenz, regelmäßig über 3 Tage gemessen)“.

Arbeiten Sie mit dem Computer

Beachten Sie die elektronische Bewerbung. Studieren Sie den Stoff und erledigen Sie die Aufgaben.

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