Erbliche Variabilität, ihre Arten. Arten von Mutationen, ihre Ursachen

• Untersuchung der Muster und Bedeutung der Variabilität für die Evolution.

Laborarbeit (für 15-17 Minuten).

„Die Variabilität der Organismen“.

Ziel: Vererbung und Variabilität charakterisieren - die wichtigsten Faktoren Evolution.

Bereiten Sie ein Herbarium vor (separater Kostenvoranschlag!):

5 Blätter mit ein Baum bügeln (trocken) und auf einer Seite fixieren;

auf einer anderen Seite - 5 Blätter von verschiedenen Bäumen reparieren eine Art .

Fortschritt:

Übung 1. Vergleichen Sie gepflückte Blätter eine Pflanze. Erklären Sie die Gründe für die Ähnlichkeiten und Unterschiede zwischen Blättern. Erweitern Sie die Bedeutung der nicht erblichen (Modifikations-)Variabilität für Organismen.

Aufgabe 2. Vergleichen Sie Blätter derselben Art, die jedoch von verschiedenen Pflanzen gepflückt wurden. Erklären Sie die Gründe für die Ähnlichkeiten und Unterschiede zwischen Blättern. Erweitern Sie die Bedeutung der erblichen Variabilität (mutationell und kombinativ) für die Evolution.

Variabilität

Variabilität bezeichnet die Fähigkeit lebender Organismen, neue Zeichen und Eigenschaften zu erwerben. Aufgrund der Variabilität können sich Organismen an veränderte Umweltbedingungen anpassen.

Es gibt zwei Arten von Variabilität:

nicht erblich, oder phänotypisch, - Variabilität, bei der es keine Veränderungen im Genotyp gibt. Sie wird auch genannt Gruppe , bestimmt .

erblich, oder genotypisch , persönlich, unbestimmt- Veränderungen der Eigenschaften des Organismus aufgrund einer Veränderung des Genotyps;

es passiert:

Mutation

kombinativ

• Mutation- infolge einer plötzlichen Veränderung des Zustands von Genen oder Chromosomen; kombinativ- resultierend aus der Bildung und Verschmelzung von Keimzellen;

Darwin unterscheidet zwei Hauptformen der Variabilität: Gruppe, oder bestimmt(Modifikation in der modernen Terminologie) und Individuell, oder unbestimmt .

Gruppenvariabilität hängt von den Bedingungen ab, unter denen sich die Organismen befinden, während sich die Genotypen der Individuen nicht ändern und keine Merkmale vererbt werden. Beispielsweise hängt die Masse der Rinder von der Fütterung ab; Gut genährte Kühe geben mehr Milch.

Nicht erbliche Variabilität

Die Blätter der Pfeilspitze sind unter Wasser bandförmig, auf dem Wasser herzförmig, in der Luft pfeilförmig;

Bei der Wasserranunkel sind die Unterwasserblätter fadenförmig, die Oberflächenblätter haben eine breite Blattspreite.

In der Sonne nehmen Menschen ein Sonnenbad, auch hier gibt es eine gewisse Variabilität.

Bedeutung in der Natur?

erbliche Variabilität

Nur zur Evolution und zur Selektion erbliche Variabilität, Variabilität, die mit einer Veränderung nicht nur des Phänotyps, sondern auch des Genotyps verbunden ist.

Die erbliche Variabilität liefert Material für die natürliche oder künstliche Selektion.

Erbliche Variabilität kann sein:

Mutation- infolge einer plötzlichen Veränderung des Zustands des genetischen Materials.

kombinativ- resultierend aus der sexuellen Fortpflanzung.

erbliche Variabilität

Mutationen sind der Stoff für die Evolution. Mutationen sind zufällig und ungerichtet. Sie können Gene, Chromosomen und die Anzahl der Chromosomen verändern.

Polyploidie ist beispielsweise eine Art von Mutation, bei der die Anzahl der Chromosomen um ein Vielfaches der haploiden zunimmt. Polyploide in Pflanzen sind lebensfähiger als diploide Organismen.

erbliche Variabilität

Mutationen können sein:

dominant (manifestiert sich in Gegenwart eines dominanten Gens);

rezessiv (bei Vorhandensein eines dominanten Gens treten sie nicht auf).

Dominante Mutationen fallen sofort unter die Kontrolle der Selektion.

erbliche Variabilität

Aber die meisten Mutationen sind schädlich und rezessiv, treten erst auf und fallen nicht unter die Kontrolle der Selektion, bis Keimzellen mit rezessiven Mutationen kombiniert werden.

erbliche Variabilität

Kombinationsvariabilität.

Bei der Bildung von Keimzellen wird das bereits vorhandene genetische Material des Organismus neu kombiniert; es gibt keine zwei identischen Keimzellen in einem Organismus.

Wenn einzigartige Gameten verschmelzen, entsteht ein einzigartiger Genotyp, der unter die Kontrolle der Selektion fällt.

Wiederholung:

• Welche Arten von Variabilität zeichneten Charles Darwin aus?
• Gleichaltrige Blätter eines Baumes sind unterschiedlich. Was ist diese Variabilität? Erklären Sie die Antwort.
• Welche Bedeutung haben bestimmte Variabilitäten für Organismen?
• Welche Variabilität haben Bruder und Schwester? Erklären Sie die Antwort.
• Was bedeutet kombinative Variabilität?
• Welche Variabilität wird als Mutation bezeichnet?
• Welche Bedeutung hat die Mutationsvariation?
• Was ist das elementare Evolutionsmaterial?

Wiederholung:

Kombinationsvariabilität:

• Wann findet die Rekombination des genetischen Materials der Eltern statt?
• Auswirkungen auf den Genotyp?
• Auswirkung auf den Phänotyp?
• Bedeutung für den Körper?

Mutationsvariabilität:

• Kann man davon ausgehen, dass es sich um eine gewisse Variabilität handelt?
• Kann man es als Gruppenvariabilität betrachten?
• Auswirkungen auf den Genotyp?
• Auswirkung auf den Phänotyp?
• Vererbung empfangener Änderungen?
• Bedeutung für den Körper?

Wiederholung:

Modifikationsvariabilität

• Kann man davon ausgehen, dass es sich um eine gewisse Variabilität handelt?
• Kann man es als Gruppenvariabilität betrachten?
• Auswirkungen auf den Genotyp?
• Auswirkung auf den Phänotyp?
• Vererbung empfangener Änderungen?
• Körperwert?
• Wert anzeigen?

Variabilität ist ein Prozess, der die Beziehung eines Organismus zur Umwelt widerspiegelt.

Aus genetischer Sicht ist Variabilität das Ergebnis der Reaktion des Genotyps im Prozess der individuellen Entwicklung des Organismus auf Bedingungen Außenumgebung.

Die Variabilität von Organismen ist einer der Hauptfaktoren der Evolution. Es dient als Quelle für künstliche und natürliche Selektion.

Biologen unterscheiden zwischen erblicher und nichterblicher Variabilität. Unter erblicher Variabilität versteht man solche Veränderungen der Eigenschaften eines Organismus, die durch den Genotyp bedingt sind und über mehrere Generationen hinweg bestehen bleiben. ZU nicht erbliche Variabilität, was Darwin definitiv nannte und jetzt heißt Änderung oder phänotypische Variabilität beziehen sich auf Veränderungen in den Eigenschaften des Organismus; bei der sexuellen Fortpflanzung nicht erhalten.

erbliche Variabilität ist eine Veränderung des Genotyps nicht erbliche Variabilität- Veränderung des Phänotyps des Organismus.

Während individuelles Leben Ein Organismus kann unter dem Einfluss von Umweltfaktoren zwei Arten von Veränderungen erfahren: im einen Fall die Funktionsweise, die Wirkung von Genen im Prozess der Merkmalsbildung, im anderen der Genotyp selbst.

Wir haben die erbliche Variabilität kennengelernt, die aus Kombinationen von Genen und deren Interaktion resultiert. Die Kombination von Genen erfolgt auf der Grundlage von zwei Prozessen: 1) unabhängige Verteilung der Chromosomen in der Meiose und ihre zufällige Kombination während der Befruchtung; 2) Chromosomenkreuzung und Genrekombination. Im Allgemeinen wird als erbliche Variabilität aufgrund der Kombination und Rekombination von Genen bezeichnet kombinatorische Variabilität. Bei dieser Art von Variabilität verändern sich die Gene selbst nicht, ihre Kombination und die Art der Interaktion im Genotypsystem ändern sich. Diese Art der erblichen Variabilität sollte jedoch als sekundäres Phänomen und die Mutationsveränderung im Gen als primär betrachtet werden.

Quelle für natürliche Auslese sind erbliche Veränderungen – sowohl Mutationen von Genen als auch deren Rekombination.

Die Modifikationsvariabilität spielt in der organischen Evolution eine begrenzte Rolle. Wenn Sie also vegetative Triebe derselben Pflanze, wie z. B. Erdbeeren, nehmen und diese einpflanzen verschiedene Bedingungen Feuchtigkeit, Temperatur, Beleuchtung, auf verschiedenen Böden, dann werden sie trotz des gleichen Genotyps unterschiedlich sein. Die Wirkung verschiedener extremer Faktoren kann zu noch größeren Unterschieden zwischen ihnen führen. Allerdings werden Samen, die von solchen Pflanzen gesammelt und unter den gleichen Bedingungen ausgesät werden, die gleiche Art von Nachkommen hervorbringen, wenn nicht in der ersten, dann in nachfolgenden Generationen. Veränderungen in den Merkmalen des Organismus, die durch die Einwirkung von Umweltfaktoren in der Ontogenese verursacht werden, verschwinden mit dem Tod des Organismus.

Gleichzeitig hat die Fähigkeit zu solchen Veränderungen, die durch die Grenzen der normalen Reaktion des Genotyps des Organismus begrenzt ist, eine wichtige evolutionäre Bedeutung. Wie A. P. Vladimirsky in den 1920er Jahren, V. S. Kirpichnikov und I. I. Shmalgauzen in den 1930er Jahren zeigten, treten bei Modifikationen Veränderungen des adaptiven Wertes auf, wenn Umweltfaktoren über mehrere Generationen hinweg ständig einwirken und Mutationen verursachen können, die dieselben Veränderungen verursachen , kann der Eindruck einer erblichen Fixierung von Veränderungen entstehen.

Mutationsveränderungen gehen zwangsläufig mit der Neuorganisation der Reproduktionsstrukturen von Keim- und Körperzellen einher. Grundlegender Unterschied Mutationen aus Modifikationen werden auf die Tatsache reduziert, dass Mutationen in einer langen Reihe von Zellgenerationen genau reproduziert werden können, unabhängig von den Umweltbedingungen, unter denen die Ontogenese stattfindet. Dies erklärt sich aus der Tatsache, dass das Auftreten von Mutationen mit einer Veränderung der einzigartigen Strukturen der Zelle – des Chromosoms – verbunden ist.

Zur Frage der Rolle der Variabilität in der Evolution gab es in der Biologie eine lange Diskussion im Zusammenhang mit dem Problem der Vererbung der sogenannten erworbenen Merkmale, das 1809 von J. Lamarck aufgestellt, teilweise von Charles Darwin akzeptiert und noch immer unterstützt wurde von einer Reihe von Biologen. Die überwiegende Mehrheit der Wissenschaftler hielt jedoch die Formulierung dieses Problems für unwissenschaftlich. Gleichzeitig muss gesagt werden, dass die Vorstellung, dass erbliche Veränderungen im Körper entsprechend der Einwirkung eines Umweltfaktors entstehen, völlig absurd ist. Mutationen treten auf unterschiedliche Weise auf; Sie können nicht für den Organismus selbst adaptiv sein, da sie in einzelnen Zellen entstehen

Und ihre Wirkung wird nur bei den Nachkommen verwirklicht. Nicht der Faktor, der die Mutation verursacht hat, sondern nur die Selektion bewertet das adaptive Wissen über die Mutation. Da die Richtung und das Tempo der Evolution durch die natürliche Selektion bestimmt werden und diese durch viele Faktoren der inneren und äußeren Umgebung gesteuert wird, entsteht eine falsche Vorstellung von der anfänglichen angemessenen Zweckmäßigkeit der erblichen Variabilität.

Die Selektion auf der Grundlage einzelner Mutationen „konstruiert“ Systeme von Genotypen, die den Anforderungen der dauerhaften Bedingungen entsprechen, unter denen die Art existiert.

Der Begriff " Mutation„wurde erstmals von G. de Vries in seinem klassischen Werk „Mutationstheorie“ (1901-1903) vorgeschlagen. Als Mutation bezeichnete er das Phänomen einer krampfartigen, diskontinuierlichen Veränderung eines Erbmerkmals. Die wichtigsten Bestimmungen der Theorie von de Vries haben bis heute nicht an Bedeutung verloren und sollten daher hier aufgeführt werden:

1. Mutation tritt plötzlich und ohne Übergänge auf;
2. die neuen Formen sind völlig konstant, das heißt stabil;
3. Mutationen bilden im Gegensatz zu nicht erblichen Veränderungen (Fluktuationen) keine kontinuierlichen Reihen, sie sind nicht um einen Durchschnittstyp (Modus) gruppiert. Mutationen sind qualitative Veränderungen;
4. Mutationen gehen in verschiedene Richtungen, sie können sowohl nützlich als auch schädlich sein;
5. Der Mutationsnachweis hängt von der Anzahl der Personen ab, die für den Mutationsnachweis analysiert werden.
6. Dieselben Mutationen können wiederholt auftreten.

G. de Vries machte jedoch einen grundlegenden Fehler, indem er die Mutationstheorie der Theorie der natürlichen Selektion gegenüberstellte. Er glaubte fälschlicherweise, dass Mutationen ohne Beteiligung der Selektion sofort neue, an die äußere Umgebung angepasste Arten hervorbringen könnten. Tatsächlich sind Mutationen nur eine Quelle erblicher Veränderungen, die als Material für die Selektion dienen. Wie wir später sehen werden, wird die Genmutation nur durch Selektion im Genotypsystem bewertet. Der Fehler von G. de Vries hängt zum Teil mit der Tatsache zusammen, dass sich die von ihm untersuchten Mutationen in der Nachtkerze (Oenothera Lamarciana) später als Ergebnis der Spaltung einer komplexen Hybride herausstellten.

Aber man kann nicht umhin, die wissenschaftliche Weitsicht zu bewundern, die H. de Vries hinsichtlich der Formulierung der wichtigsten Bestimmungen der Mutationstheorie und ihrer Bedeutung für die Selektion gemacht hat. Bereits 1901 schrieb er: „...Mutation, Mutation selbst, sollte Gegenstand der Untersuchung werden. Und wenn es uns jemals gelingt, die Gesetze der Mutation aufzuklären, dann wird nicht nur unser Blick auf die gegenseitige Beziehung lebender Organismen viel tiefer gehen, sondern wir dürfen auch hoffen, dass sich die Möglichkeit eröffnet, die Veränderlichkeit zu beherrschen, ebenso wie der Züchter dominiert Variabilität, Variabilität. Natürlich werden wir nach und nach dazu kommen, indem wir einzelne Mutationen beherrschen, und dies wird auch viele Vorteile für die landwirtschaftliche und gärtnerische Praxis mit sich bringen. Vieles, was jetzt unerreichbar scheint, wird in unserer Macht liegen, wenn wir nur die Gesetze lernen könnten, auf denen die Mutation der Arten beruht. Offensichtlich erwartet uns hier ein grenzenloses Feld hartnäckiger Arbeit. hochwertig für Wissenschaft und Praxis. Dies ist ein vielversprechender Bereich für dominierende Mutationen.“ Wie wir später sehen werden, steht die moderne Naturwissenschaft an der Schwelle, den Mechanismus der Genmutation zu verstehen.

Die Theorie der Mutationen konnte sich erst nach der Entdeckung der Mendelschen Gesetze und der in den Experimenten der Morgan-Schule aufgestellten Gesetze zur Genverknüpfung und ihrer Rekombination als Ergebnis des Crossing-Over entwickeln. Erst seit der Feststellung der erblichen Diskretion der Chromosomen erhielt die Mutationstheorie eine Grundlage für die wissenschaftliche Forschung.

Obwohl die Frage nach der Natur des Gens derzeit noch nicht vollständig geklärt ist, sind dennoch eine Reihe allgemeiner Genmutationsmuster fest etabliert.

Genmutationen kommen bei allen Klassen und Arten von Tieren, höheren und niederen Pflanzen, mehrzelligen und einzelligen Organismen, Bakterien und Viren vor. Mutationsvariabilität als Prozess qualitativer krampfhafter Veränderungen ist für alle organischen Formen universell.

Rein konventionell wird der Mutationsprozess in spontan und induziert unterteilt. In Fällen, in denen Mutationen unter dem Einfluss gewöhnlicher natürlicher Umweltfaktoren oder als Folge physiologischer und biochemischer Veränderungen im Organismus selbst auftreten, spricht man von spontanen Mutationen. Mutationen, die unter dem Einfluss besonderer Einflüsse (ionisierende Strahlung, Chemikalien, extreme Bedingungen usw.), genannt werden induziert. Es gibt keine grundlegenden Unterschiede zwischen spontanen und induzierten Mutationen, aber die Untersuchung der letzteren führt Biologen dazu, die erbliche Variabilität zu beherrschen und das Geheimnis des Gens zu lüften.

Variabilität, ihre Arten und biologische Bedeutung

erbliche Variabilität

Variabilität- Dies ist eine universelle Eigenschaft lebender Systeme, die mit Variationen im Phänotyp und Genotyp verbunden ist, die unter dem Einfluss der äußeren Umgebung oder als Folge von Veränderungen im Erbmaterial entstehen. Unterscheiden Sie zwischen erblicher und nichterblicher Variabilität.

Die erbliche Variabilität ist kombinativ, mutationsbedingt und unbestimmt.

Kombinationsvariabilität entsteht durch neue Kombinationen von Genen im Prozess der sexuellen Fortpflanzung, Crossing-over und anderen Prozessen, die mit Gen-Rekombinationen einhergehen. Durch kombinative Variabilität entstehen Organismen, die sich in Genotypen und Phänotypen von ihren Eltern unterscheiden. Die kombinatorische Variabilität schafft neue Kombinationen von Genen und gewährleistet sowohl die Vielfalt der Organismen als auch die einzigartige genetische Individualität jedes einzelnen von ihnen.

Mutationsvariabilität verbunden mit Veränderungen in der Nukleotidsequenz in DNA-Molekülen, Deletionen und Insertionen großer Abschnitte in DNA-Molekülen, Veränderungen in der Anzahl von DNA-Molekülen (Chromosomen). Solche Veränderungen selbst werden Mutationen genannt. Mutationen werden vererbt.

Mutationen sind:

. Gene, die Veränderungen an einem bestimmten Gen verursachen. Genmutationen sind sowohl dominant als auch rezessiv. Sie können die lebenswichtige Aktivität des Organismus unterstützen oder umgekehrt hemmen;

Generativ, wirkt sich auf Keimzellen aus und wird bei der sexuellen Fortpflanzung übertragen;

Somatisch, ohne Auswirkungen auf Keimzellen. Tiere werden nicht vererbt;

Genomisch (Polyploidie und Heteroploidie), verbunden mit einer Veränderung der Chromosomenzahl im Karyotyp von Zellen;

Chromosomen, verbunden mit Neuordnungen in der Struktur der Chromosomen, einer Änderung der Position ihrer Abschnitte, die aus Brüchen, dem Verlust einzelner Abschnitte usw. resultieren. Die häufigsten Genmutationen, die zu einer Veränderung, einem Verlust oder einer Einfügung von DNA-Nukleotiden in das Gen führen. Mutierte Gene übermitteln unterschiedliche Informationen an den Ort der Proteinsynthese, was wiederum zur Synthese anderer Proteine ​​und zur Entstehung neuer Merkmale führt. Mutationen können unter dem Einfluss von Strahlung, ultravioletter Strahlung und verschiedenen chemischen Wirkstoffen auftreten. Nicht alle Mutationen sind wirksam. Einige davon werden bei der DNA-Reparatur korrigiert. Phänotypisch manifestieren sich Mutationen, wenn sie nicht zum Absterben des Organismus geführt haben. Die meisten Genmutationen sind rezessiv. Von evolutionärer Bedeutung sind phänotypisch manifestierte Mutationen, die den Individuen entweder Vorteile im Kampf ums Dasein verschaffen oder umgekehrt ihren Tod unter dem Druck der natürlichen Selektion verursachen.

Der Mutationsprozess erhöht die genetische Vielfalt der Populationen, wodurch die Voraussetzungen für den Evolutionsprozess geschaffen werden.

Die Häufigkeit von Mutationen kann künstlich erhöht werden, was für wissenschaftliche und praktische Zwecke genutzt wird.

Nicht erbliche oder modifizierende Variabilität

Nicht erblich oder Gruppenvariabilität (bestimmt) oder Modifikationsvariabilität- Dabei handelt es sich um Veränderungen des Phänotyps unter dem Einfluss von Umweltbedingungen. Die Modifikationsvariabilität hat keinen Einfluss auf den Genotyp von Individuen. Die Grenzen, in denen sich der Phänotyp ändern kann, werden durch den Genotyp bestimmt. Diese Grenzen werden als Reaktionsgeschwindigkeit bezeichnet. Die Reaktionsnorm legt die Grenzen fest, innerhalb derer sich ein bestimmtes Merkmal ändern kann. Unterschiedliche Zeichen haben eine unterschiedliche Reaktionsgeschwindigkeit – breit oder eng.

Die phänotypischen Ausprägungen eines Merkmals werden durch die kumulative Interaktion von Genen und Umweltbedingungen beeinflusst. Der Grad der Ausprägung eines Merkmals wird als Expressivität bezeichnet. Die Häufigkeit der Manifestation eines Merkmals (%) in einer Population, in der alle Individuen dieses Gen tragen, wird als Penetranz bezeichnet. Gene können sich mit unterschiedlichem Grad an Expressivität und Penetranz manifestieren.

Modifikationsänderungen werden in den meisten Fällen nicht vererbt, haben aber nicht unbedingt Gruppencharakter und treten nicht immer bei allen Individuen der Art unter den gleichen Umweltbedingungen auf. Modifikationen sorgen dafür, dass das Individuum an diese Bedingungen angepasst wird.

C. Darwin unterschied zwischen eindeutiger (oder Gruppen-) und unbestimmter (oder individueller) Variabilität, die laut moderne Klassifikation fällt mit nicht-erblicher bzw. erblicher Variabilität zusammen. Es ist jedoch zu bedenken, dass diese Einteilung in gewisser Weise willkürlich ist, da die Grenzen der nichterblichen Variabilität durch den Genotyp bestimmt werden.

Variabilität ist neben der Vererbung eine grundlegende Eigenschaft aller Lebewesen und einer der Faktoren der Evolution organische Welt. Verschiedene Wege Die gezielte Nutzung der Variabilität (verschiedene Arten von Kreuzungen, künstliche Mutationen usw.) liegt der Schaffung neuer Haustierrassen zugrunde.

Es gibt zwei Arten erblicher Variabilität: mutationsbedingt und kombinativ.

Die kombinative 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);

zufällige Begegnung Gameten bei der Befruchtung.

Mutationen sind die Grundlage der Mutationsvariabilität – 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 hervorbringt, 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 betreiben Photosynthese organische Substanz; - 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.

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. Verfügbar ganze Zeile Faktoren, die das Mutationsrisiko 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. Wenn eine Reihe genomischer Mutationen auftreten sehr wichtig hat insbesondere das Alter der Mutter.

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 qualitative Veränderungen Phänotyp. 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 Reaktionsnorm zwar eine nicht erbliche Form der Variabilität ( Modifikationsvariabilität), wird es 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.