Rollen til arvelig variasjon i utviklingen av arter og dens former. Arvelig variasjon: egenskaper og betydning
Det er 2 typer arvelig variasjon: mutasjonell og kombinativ.
Kombinativ variasjon er basert på dannelsen av rekombinasjoner, dvs. slike kombinasjoner av gener som foreldrene ikke hadde. Fenotypisk kan dette vise seg ikke bare ved at foreldreegenskaper finnes hos noen av avkommet i andre kombinasjoner, men også ved dannelse av nye egenskaper hos avkommet som mangler hos foreldrene. Dette skjer når to eller flere ikke-alleliske gener som er forskjellige i foreldrene påvirker dannelsen av samme egenskap.
De viktigste kildene til kombinativ variasjon er:
Uavhengig divergens av homologe kromosomer i den første meiotiske divisjonen;
Genrekombinasjon basert på fenomenet kromosomkryssing (rekombinasjonskromosomer, en gang i zygoten, forårsaker utseendet av tegn som ikke er typiske for foreldre);
Utilsiktet møte med kjønnsceller under befruktning.
I kjernen mutasjonsvariabilitet mutasjoner løgn - vedvarende endringer i genotypen som påvirker hele kromosomer, deres deler eller individuelle gener.
1) Typer av mutasjoner i henhold til konsekvensene av påvirkning på kroppen er delt inn i gunstig, skadelig og nøytral.
2) I henhold til opprinnelsesstedet kan mutasjoner være generative hvis de oppstår i kjønnsceller: de kan manifestere seg i generasjonen som utvikler seg fra kjønnsceller. Somatiske mutasjoner forekommer i somatiske (ikke-kjønn) celler. Slike mutasjoner kan overføres til avkom bare gjennom aseksuell eller vegetativ reproduksjon.
3) Avhengig av hvilken del av genotypen de påvirker, kan mutasjoner være:
Genomisk, som fører til en multippel endring i antall kromosomer, for eksempel polyploidi;
Kromosomal, assosiert med en endring i strukturen til kromosomer, tillegg av en ekstra seksjon på grunn av en crossover, en rotasjon av en viss seksjon av kromosomer med 180 °, eller med en endring i antall individuelle kromosomer. Takket være kromosomale omorganiseringer skjer utviklingen av karyotypen, og individuelle mutanter som har oppstått som følge av slike omorganiseringer kan være mer tilpasset eksistensforholdene, formere seg og gi opphav til en ny art;
Genmutasjoner er assosiert med en endring i sekvensen av nukleotider i et DNA-molekyl. Dette er den vanligste typen mutasjon.
4) I henhold til metoden for forekomst, er mutasjoner delt inn i spontane og induserte.
Spontane mutasjoner forekommer under naturlige forhold under påvirkning av mutagene miljøfaktorer uten menneskelig innblanding.
Induserte mutasjoner oppstår når mutagene faktorer er rettet mot kroppen. Fysiske mutagener inkluderer ulike typer stråling, lave og høye temperaturer; til kjemisk - diverse kjemiske forbindelser; til biologiske virus.
Så mutasjoner er hovedkilden til arvelig variasjon - en faktor i utviklingen av organismer. På grunn av mutasjoner dukker det opp nye alleler (de kalles mutanter). Imidlertid er de fleste mutasjoner skadelige for levende vesener, fordi de reduserer kondisjonen deres, evnen til å produsere avkom. Naturen gjør mange feil, og skaper, takket være mutasjoner, mange modifiserte genotyper, men samtidig velger den alltid umiskjennelig og automatisk de genotypene som gir fenotypen mest tilpasset visse miljøforhold.
Dermed er mutasjonsprosessen hovedkilden til evolusjonær endring.
2. Gi generelle egenskaper klasse Tofrøbladede planter. Hva er betydningen av tofrøbladede planter i naturen, menneskelivet?
Klasse tofrøbladede planter Planter som frøembryoet inneholder
to kimblader.
Dicot klasse - 325 familier.
Tenk på store familier av tofrøbladede planter.
| Familie | Funksjoner av en blomst, blomsterstand | blomsterformel | Foster | Representanter |
| Compositae | Blomster - små, rørformede og sivformede - asymmetriske Blomsterstand - kurv. | Ch (5) L 5 Tn P 1 - rørformede blomster Ch (5) L 5 Tn P 1 - sivblomster | frø, nøtt | Urteaktige planter (medisinske og oljefrø) - løvetann, sikori, kornblomst, kamille, aster og mange andre. |
| korsblomst | Perianth - fireleddet. Blomsterstand raceme, sjelden i form av et skjold. | B 4 L 4 T 4+2 R 1 | Pod, pod | Årlige og flerårige urteplanter - kålrot, reddik, kålrot, reddik, kålrot, kål og mange andre. |
| Rosaceae | Blomster er ensomme | P (5) L 5 Tn P 1 P 5+5 L 5 Tn P 1 | Drupe, sammensatt drupe, polynutlet, eple | Urter, busker, trær. Nype, bringebær, jordbær, plomme, epletre, pære og mange andre. |
| Belgvekster | børstehode | W 5 L 1+2+(2) T (9)+1 P 1 | Bønne | Busker. Urteaktige planter - bønner, erter, linser, peanøtter, kløver, alfalfa, lupiner og mange andre. |
| Nattskygge | Enkelte blomster eller blomsterstander - børste, krøll | B (5) L (5) T (5) R 1 | bær, boks | Trær. Urteaktige planter - auberginer, tomater, paprika, poteter, nattskygge, dop, hønebane og mange andre. andre |
BETYDNING I NATUREN: - planter i denne klassen er produsenter i økosystemer, dvs. de fotosyntetiserer organiske stoffer; - disse plantene er begynnelsen på alt matkjeder; - disse plantene bestemmer typen biogeocenose (bjørkeskog, ildveisteppe); De er aktive deltakere i kretsløpet av stoffer og vann.
BETYDNING I MENNESKELIV: - blant plantene i den tofrøbladede klassen er det mange kulturplanter hvis organer brukes til menneskemat (Rosaceae-familien - kirsebær, eple, plomme, bringebær, familie Compositae - solsikke, familie Solanaceae - tomat, potet , pepper, familie Korsblomst - ulike varianter av kål, belgfrukter - erter, soyabønner, bønner) - mange planter brukes til husdyrfôr; - i produksjon av naturlige tråder (lin, bomull); - som kulturell og dekorativ (akasie, roser); - Medisinsk (sennep, kamille, brennesle, termopsis). Det er også mange krydder i denne klassen, de produserer tobakk, kaffe, te, kakao, fargestoffer, tau, tau, papir, treredskaper, møbler, musikkinstrumenter; - veden til noen tofrøblader (eik, agnbøk, lind) er uvurderlig for konstruksjon.
arvelig variasjon- dette er en form for variabilitet forårsaket av endringer i genotypen, som kan være assosiert med mutasjon eller kombinativ variasjon.
Mutasjonsvariabilitet
Gener gjennomgår endringer fra tid til annen, som kalles mutasjoner. Disse endringene er tilfeldige og dukker opp spontant. Årsakene til mutasjoner kan være svært forskjellige. Tilgjengelig hele linjen faktorer som øker sannsynligheten for mutasjoner. Det kan være effekten av visse kjemiske substanser, stråling, temperatur, etc. Ved hjelp av disse midlene er det mulig å forårsake mutasjoner, men den tilfeldige naturen av deres forekomst er bevart og det er umulig å forutsi utseendet til en bestemt mutasjon.
De resulterende mutasjonene overføres til etterkommere, dvs. bestemmer arvelig variasjon, med ett viktig forbehold knyttet til hvor mutasjonen skjedde. Hvis det oppstår en mutasjon i en kjønnscelle, har den evnen til å overføres til etterkommere, det vil si å gå i arv. Hvis en mutasjon oppstår i en somatisk celle, overføres den bare til de cellene som oppstår fra denne somatiske cellen. Slike mutasjoner kalles somatiske, de er ikke arvelige.
Det er flere hovedtyper av mutasjoner:
- Genmutasjoner der endringer skjer på nivå med individuelle gener, dvs. deler av DNA-molekylet. Dette kan være tap av nukleotider, erstatning av en base med en annen, omorganisering av nukleotider eller tilsetning av nye.
- Kromosomale mutasjoner assosiert med et brudd på strukturen til kromosomer. De fører til alvorlige endringer som kan oppdages selv med et mikroskop. Slike mutasjoner inkluderer tap av kromosomseksjoner (delesjoner), tilføyelse av seksjoner, rotasjon av en kromosomseksjon med 180° og utseendet på repetisjoner.
- Genomiske mutasjoner forårsaket av en endring i antall kromosomer. Ekstra homologe kromosomer kan vises, i kromosomsettet i stedet for to homologe kromosomer er det tre - trisomi. Ved monosomi er det tap av ett kromosom fra et par. Med polyploidi oppstår en multippel økning i genomet. En annen variant av genomisk mutasjon er haploidi, der bare ett kromosom fra hvert par gjenstår.
Frekvensen av mutasjoner påvirkes, som allerede nevnt, av en rekke faktorer. Når en rekke genomiske mutasjoner oppstår veldig viktig har spesielt morens alder.
Arvelighet og variasjon. Kombinasjonsvariabilitet
Denne typen variasjon bestemmes av arten av den seksuelle prosessen. Med kombinativ variasjon oppstår nye genotyper på grunn av nye kombinasjoner av gener. Denne typen variasjon manifesteres allerede på stadiet av dannelsen av kjønnsceller. Som allerede nevnt inneholder hver kjønnscelle (gamet) bare ett homologt kromosom fra hvert par. Kromosomer faller inn i kjønnscellen på en helt tilfeldig måte, så kjønnscellene til en person kan variere ganske mye i sett med gener i kromosomene. Et enda viktigere stadium for fremveksten av kombinativ variasjon er befruktning, hvoretter i en nylig oppstått organisme arves 50 % av genene fra den ene forelderen og 50 % fra den andre.
Fra historien
Ideen om at levende vesener er preget av arv og variasjon utviklet seg i antikken. Det ble lagt merke til at under reproduksjonen av organismer fra generasjon til generasjon, overføres et kompleks av tegn og egenskaper som er iboende i en bestemt art (manifestation av arvelighet). Det er imidlertid like åpenbart at det er noen forskjeller mellom individer av samme art (manifestasjon av variasjon).
Kunnskap om tilstedeværelsen av disse egenskapene ble brukt i utviklingen av nye varianter av kulturplanter og husdyrraser. Isstari inn jordbruk hybridisering ble brukt, det vil si kryssing av organismer som skiller seg fra hverandre på en eller annen måte. Imidlertid før sent XIX V. slikt arbeid ble utført ved prøving og feiling, siden mekanismene som ligger til grunn for manifestasjonen av slike egenskaper til organismer ikke var kjent, og hypotesene som eksisterte i denne forbindelse var rent spekulative.
I 1866 ble arbeidet til Gregor Mendel, en tsjekkisk forsker, "Experiments on Plant Hybrids" publisert. Den beskrev mønstrene for arv av egenskaper i generasjonene av planter av flere arter, som G. Mendel identifiserte som et resultat av tallrike og nøye utførte eksperimenter. Men forskningen hans vakte ikke oppmerksomheten til hans samtidige, som ikke klarte å sette pris på nyheten og dybden av ideer som overgikk det generelle nivået i de biologiske vitenskapene på den tiden. Først i 1900, etter oppdagelsen av G. Mendels lover på nytt og uavhengig av tre forskere (G. de Vries i Holland, K. Korrens i Tyskland og E. Cermak i Østerrike), utviklingen av en ny biologisk vitenskap - genetikk, som studerer mønstre av arv og variasjon. Gregor Mendel regnes med rette som grunnleggeren av denne unge, men svært raskt utviklende vitenskapen.
Arvelighet av organismer
Arvelighet av organismer kalles felleseiendommen til alle organismer for å bevare og overføre strukturelle trekk og funksjoner fra forfedre til avkom.
Forholdet mellom foreldre og avkom i organismer utføres hovedsakelig gjennom reproduksjon. Avkom er alltid som foreldre og forfedre, men de er ikke en eksakt kopi.
Alle vet at et eiketre vokser fra et eikenøtt, og gjøkunger klekkes fra egg. Fra frøene til kultiverte planter av en viss sort vokser planter av samme sort. Hos husdyr beholder etterkommere av samme rase egenskapene sine.
Hvorfor ser avkom ut som foreldrene sine? På Darwins tid var årsakene til arv lite forstått. Det er nå kjent at det materielle grunnlaget for arv er genene som ligger på kromosomene. Et gen er en del av et molekyl organisk materiale DNA, under påvirkning av hvilke tegn dannes. I cellene til organismer forskjellige typer inneholder enheter og titalls kromosomer og hundretusenvis av gener.
Kromosomer med gener lokalisert i dem finnes både i kjønnsceller og i cellene i kroppen. Under seksuell reproduksjon skjer fusjonen av mannlige og kvinnelige kjønnsceller. I embryoets celler kombineres mannlige og kvinnelige kromosomer, derfor skjer dannelsen under påvirkning av genene til både mors og fars organismer. Utviklingen av noen egenskaper er mer påvirket av genene til mors organisme, andre - av mors organisme, og mors og fars gener har lik innflytelse på de tredje egenskapene. Derfor viser avkommet seg i noen henseender å være lik morens organisme, i andre - til farens, i den tredje - kombinerer det tegnene til far og mor, det vil si at det har en mellomkarakter.
Variasjonen til organismer
Variabiliteten til organismer kalles den generelle egenskapen til organismer til å tilegne seg nye egenskaper - forskjeller mellom individer innenfor en art.
Alle tegn på organismer er foranderlige: trekk ved ytre og intern struktur, fysiologi, atferd, etc. Hos avkommet til ett par dyr eller blant planter dyrket fra frøene til en frukt, er det umulig å møte helt identiske individer. I en flokk sauer av samme rase er hvert dyr forskjellig i subtile egenskaper: kroppsstørrelse, lengde på ben, hode, farge, lengde og tetthet av ullkrøllen, stemme, vaner. Antall marginale sivblomster i blomsterstandene til gullstaven (sammensatt familie) varierer fra 5 til 8. Antall kronblader av eikeanemonen (smørblomstfamilien) er 6, og noen ganger 7 og 8. Planter av samme art eller sort skiller seg noe fra hverandre når det gjelder blomstring, modnende frukter, grad av tørkemotstand osv. På grunn av individenes variasjon er bestanden heterogen.
Darwin skilte to hovedformer for variasjon - ikke-arvelig og arvelig.
Ikke-arvelig eller modifikasjonsvariabilitet
Det har lenge vært bemerket at alle individer av en gitt rase, variasjon eller art, under påvirkning av en bestemt årsak, endres i én retning. Varianter av dyrkede planter, i fravær av forholdene der de ble avlet av mennesker, mister kvalitetene sine. For eksempel danner hvitkål, når den dyrkes i varme land, ikke et hode. Det er kjent at med god gjødsel, vanning og belysning busker plantene rikelig og bærer frukt. Raser av hester som bringes til fjells eller til øyer der maten ikke er næringsrik, blir forkrøplet over tid. Produktiviteten til utavlede dyr under forhold med forbedret vedlikehold og stell øker. Alle disse endringene er ikke-arvelige, og hvis planter eller dyr overføres til deres opprinnelige eksistensforhold, går tegnene tilbake til de opprinnelige.
Årsakene til ikke-arvelig, eller modifikasjon, variabilitet av organismer på Darwins tid var dårlig forstått. Til dags dato har det blitt funnet ut at dannelsen av en organisme skjer både under påvirkning av gener og under påvirkning av miljøforhold. Disse forholdene er årsaken til ikke-arvelig, modifikasjon, variabilitet. De kan fremskynde eller bremse vekst og utvikling, endre fargen på blomster i planter, men genene endres ikke. Takk til ikke-arvelig variasjon individer av populasjoner er tilpasset endrede miljøforhold.
arvelig variasjon
I tillegg til modifikasjon er det en annen form for variabilitet - den arvelige variasjonen til organismer, som påvirker kromosomer eller gener, det vil si de materielle grunnlagene for arv. Arvelige endringer var godt kjent for Darwin, han tildelte dem en stor rolle i evolusjonen.
Årsakene til arvelig variasjon på Darwins tid ble også lite utforsket. Det er nå kjent at arvelige endringer skyldes endringer i gener eller dannelse av nye kombinasjoner av dem hos avkommet. Så en type arvelig variasjon - mutasjoner - skyldes en endring i gener; en annen art - kombinativ variasjon - er forårsaket av en ny kombinasjon av gener i avkommet; den tredje - korrelativ variasjon - er assosiert med det faktum at det samme genet påvirker dannelsen av ikke én, men to eller flere egenskaper. Grunnlaget for alle typer arvelig variasjon er altså en endring i et gen eller et sett med gener.
Mutasjoner kan være mindre og påvirke en rekke morfologiske og fysiologiske trekk ved organismen, for eksempel hos dyr - størrelse, farge, fruktbarhet, melkelighet, etc. Noen ganger manifesterer mutasjoner seg i mer betydelige endringer. Slike endringer ble brukt til å lage fetthalede, merino- og astrakhanraser av sauer, frottévarianter av mange prydplanter, trær med gråtende og pyramideformede kroner. Kjente arvelige forandringer i jordbær med enkle eggformede blader, celandine med dissekerte blader.
Mutasjoner kan oppstå på grunn av en rekke påvirkninger. Kilden til kombinativ variasjon i populasjoner er kryssing. Individuelle individer av samme populasjon skiller seg noe fra hverandre i genotype. Som et resultat av fri kryssing oppnås nye kombinasjoner av gener.
Arvelige endringer som har dukket opp i en populasjon på grunn av tilfeldige årsaker, sprer seg gradvis blant individer på grunn av fri kryssing, og befolkningen blir mettet med dem. Disse arvelige endringene i seg selv kan ikke føre til fremveksten av en ny bestand, enn si en ny art, men de er nødvendig materiale for seleksjon, en forutsetning for evolusjonær endring.
Selv Darwin la merke til den korrelative naturen til arvelig variasjon. For eksempel er de lange lemmene til dyr nesten alltid ledsaget av en langstrakt nakke; hårløse hunder har underutviklede tenner; duer med fjærbein har bånd mellom tærne. I bordvarianter av rødbeter endres fargen på rotfrukten, bladstilkene og undersiden av bladene på en koordinert måte. I snapdragon med lyse corollas av blomster, stilken og bladene er grønne; med mørke kronekroner - stilken og bladene er mørke. Derfor, når man velger for en ønsket egenskap, bør man ta hensyn til muligheten for utseende hos avkom av andre, noen ganger uønskede, egenskaper som er relativt assosiert med den.
Arvelighet og variasjon er forskjellige egenskaper til organismer som bestemmer likheten og ulikheten til avkom med foreldre og med fjernere forfedre. Arvelighet uttrykker stabiliteten til organiske former i en rekke generasjoner, og variasjon - deres evne til å transformere.
Darwin understreket gjentatte ganger behovet for en dyp utvikling av lovene for variabilitet og arv. Senere ble de gjenstand for studier av genetikk.
Arvelighet- Dette den viktigste funksjonen levende organismer, som består i evnen til å overføre egenskapene og funksjonene til foreldrene til deres etterkommere. Denne overføringen utføres ved hjelp av gener.
Et gen er en enhet for lagring, overføring og realisering av arvelig informasjon. Et gen er en spesifikk del av et DNA-molekyl, i strukturen som strukturen til et bestemt polypeptid (protein) er kodet for. Sannsynligvis koder mange DNA-regioner ikke for proteiner, men utfører regulatoriske funksjoner. Uansett, i strukturen til det menneskelige genomet er bare ca. 2 % av DNA sekvenser på grunnlag av hvilke budbringer-RNA syntetiseres (transkripsjonsprosess), som deretter bestemmer aminosyresekvensen under proteinsyntese (translasjonsprosess). Det antas for tiden at det er rundt 30 000 gener i det menneskelige genomet.
Gener er lokalisert på kromosomer, som befinner seg i cellekjernene og er gigantiske DNA-molekyler.
Kromosomal teori om arvelighet ble formulert i 1902 av Setton og Boveri. I følge denne teorien er kromosomer bærere av genetisk informasjon som bestemmer de arvelige egenskapene til en organisme. Hos mennesker har hver celle 46 kromosomer, delt inn i 23 par. Kromosomer som danner et par kalles homologe.
Kjønnsceller (gameter) dannes ved hjelp av en spesiell type deling - meiose. Som et resultat av meiose er det kun ett homologt kromosom fra hvert par igjen i hver kjønnscelle, dvs. 23 kromosomer. Et slikt enkelt sett med kromosomer kalles haploid. Ved befruktning, når de mannlige og kvinnelige kjønnscellene smelter sammen og en zygote dannes, gjenopprettes dobbeltsettet, som kalles diploid. I zygoten til organismen som utvikler seg fra den, mottas ett kromosom fra hver nara fra den faderlige organismen, det andre fra den mors.
En genotype er et sett med gener som mottas av en organisme fra foreldrene.
Et annet fenomen som genetikk studerer er variabilitet. Variabilitet forstås som organismers evne til å tilegne seg nye egenskaper – forskjeller innen en art. Det er to typer endringer:
- arvelig;
- modifikasjon (ikke-arvelig).
arvelig variasjon- dette er en form for variabilitet forårsaket av endringer i genotypen, som kan assosieres med mutasjon eller kombinativ variabilitet.
mutasjonsvariabilitet.
Gener gjennomgår endringer fra tid til annen, som kalles mutasjoner. Disse endringene er tilfeldige og dukker opp spontant. Årsakene til mutasjoner kan være svært forskjellige. Det er en rekke faktorer som øker sannsynligheten for at en mutasjon oppstår. Dette kan være eksponering for visse kjemikalier, stråling, temperatur osv. Mutasjoner kan være forårsaket av disse midlene, men den tilfeldige naturen av deres forekomst forblir, og det er umulig å forutsi utseendet til en bestemt mutasjon.
De resulterende mutasjonene overføres til etterkommere, det vil si at de bestemmer arvelig variasjon, som er assosiert med hvor mutasjonen skjedde. Hvis det oppstår en mutasjon i en kjønnscelle, så har den mulighet til å overføres til etterkommere, dvs. gå i arv. Hvis mutasjonen skjedde i en somatisk celle, overføres den bare til de av dem som oppstår fra denne somatiske cellen. Slike mutasjoner kalles somatiske, de er ikke arvelige.
Det finnes flere hovedtyper av mutasjoner.
- Genmutasjoner, der endringer skjer på nivå med individuelle gener, dvs. deler av DNA-molekylet. Dette kan være sløsing med nukleotider, erstatning av en base med en annen, omorganisering av nukleotider eller tilsetning av nye.
- Kromosommutasjoner assosiert med brudd på strukturen til kromosomene fører til alvorlige endringer som kan oppdages ved hjelp av et mikroskop. Slike mutasjoner inkluderer tap av kromosomseksjoner (delesjoner), tilføyelse av seksjoner, rotasjon av en kromosomseksjon med 180° og utseendet på repetisjoner.
– Genomiske mutasjoner er forårsaket av en endring i antall kromosomer. Ekstra homologe kromosomer kan vises: i kromosomsettet, i stedet for to homologe kromosomer, er det tre trisomier. Ved monosomi er det tap av ett kromosom fra et par. Med polyploidi oppstår en multippel økning i genomet. En annen variant av genomisk mutasjon er haploidi, der bare ett kromosom fra hvert par gjenstår.
Frekvensen av mutasjoner påvirkes, som allerede nevnt, av en rekke faktorer. Når en rekke genomiske mutasjoner oppstår, er spesielt alderen til moren av stor betydning.
Kombinasjonsvariabilitet.
Denne typen variasjon bestemmes av arten av den seksuelle prosessen. Med kombinativ variasjon oppstår nye genotyper på grunn av nye kombinasjoner av gener. Denne typen variasjon manifesteres allerede på stadiet av dannelsen av kjønnsceller. Som allerede nevnt inneholder hver kjønnscelle (gamet) bare ett homologt kromosom fra hvert par. Kromosomer kommer inn i kjønnscellen tilfeldig, så kjønnscellene til en person kan variere ganske mye i settet med gener i kromosomene. Et enda viktigere stadium for fremveksten av kombinativ variasjon er befruktning, hvoretter 50% av genene til den nylig oppståtte organismen arves fra den ene forelderen, og 50% fra den andre.
Modifikasjonsvariabilitet er ikke assosiert med endringer i genotypen, men er forårsaket av miljøets påvirkning på den utviklende organismen.
Tilstedeværelsen av modifikasjonsvariabilitet er veldig viktig for å forstå essensen av arv. Egenskaper er ikke arvet. Du kan ta organismer med nøyaktig samme genotype, for eksempel dyrke stiklinger fra samme plante, men plasser dem under forskjellige forhold (lys, fuktighet, mineralnæring) og få ganske forskjellige planter med forskjellige egenskaper (vekst, avling, bladform) og så videre.). For å beskrive de faktisk dannede tegnene til en organisme, brukes begrepet "fenotype".
Fenotypen er hele komplekset av faktisk forekommende tegn på en organisme, som dannes som et resultat av samspillet mellom genotypen og miljøpåvirkninger under utviklingen av organismen. Essensen av arv ligger således ikke i nedarvingen av en egenskap, men i genotypens evne, som et resultat av interaksjon med utviklingsforhold, til å gi en viss fenotype.
Siden modifikasjonsvariabilitet ikke er assosiert med endringer i genotypen, arves ikke modifikasjoner. Vanligvis er denne stillingen av en eller annen grunn vanskelig å akseptere. Det ser ut til at hvis for eksempel foreldre trener i flere generasjoner i å løfte vekter og har utviklet muskler, så må disse egenskapene overføres til barn. I mellomtiden er dette en typisk modifikasjon, og trening er påvirkning fra miljøet som påvirket utviklingen av egenskapen. Ingen endringer i genotypen skjer under modifikasjon, og egenskapene som er tilegnet som et resultat av modifikasjon, er ikke arvet. Darwin kalte denne typen variasjoner - ikke-arvelig.
For å karakterisere grensene for modifikasjonsvariabilitet, brukes konseptet reaksjonsnorm. Noen egenskaper hos en person kan ikke endres på grunn av miljøpåvirkninger, som blodtype, kjønn, øyenfarge. Andre er tvert imot svært følsomme for miljøpåvirkningene. For eksempel, som et resultat av langvarig eksponering for solen, blir hudfargen mørkere, og håret lysner. Vekten til en person er sterkt påvirket av egenskapene til ernæring, sykdom, tilstedeværelse av dårlige vaner, stress, livsstil.
Miljøpåvirkninger kan føre ikke bare til kvantitative, men også til kvalitative endringer i fenotypen. I noen arter av primrose, ved lave lufttemperaturer (15-20 C), vises røde blomster, men hvis plantene plasseres i et fuktig miljø med en temperatur på 30 ° C, dannes det hvite blomster.
dessuten, selv om reaksjonshastigheten karakteriserer en ikke-arvelig form for variabilitet (modifikasjonsvariabilitet), bestemmes den også av genotypen. Denne bestemmelsen er svært viktig: reaksjonshastigheten avhenger av genotypen. Den samme påvirkningen av miljøet på genotypen kan føre til en sterk endring i en av egenskapene og ikke påvirke den andre på noen måte.
Læreboken er i samsvar med Federal State Education Standard for Secondary (Complete) General Education, anbefales av departementet for utdanning og vitenskap i Den russiske føderasjonen og er inkludert i den føderale listen over lærebøker.
Læreboka henvender seg til elever i 10. klasse og er laget for å undervise i faget 1 eller 2 timer per uke.
Moderne design, spørsmål og oppgaver på flere nivåer, Tilleggsinformasjon og mulighet for parallelt arbeid med elektronisk søknad bidra til effektiv assimilering av undervisningsmateriell.
Bok:
| <<< Назад
|
Videresend >>> |
Huske!
Gi eksempler på tegn som endres under påvirkning eksternt miljø.
Hva er mutasjoner?
Variabilitet- en av de viktigste egenskapene til levende ting, evnen til levende organismer til å tilegne seg forskjeller fra individer av både andre arter og deres egen art.
Det er to typer variasjon: ikke-arvelig(fenotypisk eller modifikasjon) og arvelig(genotypisk).
Ikke-arvelig (modifikasjon) variabilitet. Denne typen variasjon er prosessen med fremveksten av nye egenskaper under påvirkning av miljøfaktorer som ikke påvirker genotypen. Følgelig er modifikasjonene av tegn som oppstår i dette tilfellet - modifikasjoner - ikke arvet (fig. 93). To identiske (monozygote) tvillinger, som har nøyaktig de samme genotypene, men etter skjebnens vilje vokst opp under forskjellige forhold, kan være svært forskjellige fra hverandre. Et klassisk eksempel som beviser påvirkningen av det ytre miljøet på utviklingen av egenskaper er pilspissen. Denne planten utvikler tre typer blader, avhengig av vekstforholdene - i luften, i vannsøylen eller på overflaten.
Ris. 93. Eikeblader dyrket i sterkt lys (A) og på et skyggefullt sted (B)
Ris. 94. Endring av fargen på pelsen til Himalaya-kaninen under påvirkning av forskjellige temperaturer
Under påvirkning av temperatur miljø fargen på pelsen til Himalaya-kaninen endres. Embryoet, som utvikler seg i livmoren, er under forhold med forhøyet temperatur, noe som ødelegger enzymet som er nødvendig for pigmentsyntese, så kaniner blir født helt hvite. Kort tid etter fødselen begynner visse utstående deler av kroppen (nese, øretupp og hale) å bli mørkere, fordi der er temperaturen lavere enn andre steder, og enzymet blir ikke ødelagt. Hvis du plukker ut et område med hvit ull og avkjøler huden, vil det vokse svart ull på dette stedet (fig. 94).
Under lignende miljøforhold i genetisk nære organismer har modifikasjonsvariabilitet gruppekarakter for eksempel i sommerperiode Hos de fleste, under påvirkning av UV-stråler, avsettes et beskyttende pigment, melanin, i huden, folk soler seg.
I samme arter av organismer, under påvirkning av miljøforhold, variasjon ulike tegn kan være helt annerledes. For eksempel hos storfe er melkeproduksjon, vekt og fruktbarhet svært avhengig av fôrings- og vedlikeholdsbetingelsene, og for eksempel endres fettinnholdet i melk under påvirkning av ytre forhold svært lite. Manifestasjoner av modifikasjonsvariabilitet for hver egenskap er begrenset av reaksjonshastigheten. reaksjonshastighet- dette er grensene der en endring i en egenskap er mulig i en gitt genotype. I motsetning til selve modifikasjonsvariabiliteten, er reaksjonshastigheten arvet, og dens grenser er forskjellige for ulike egenskaper og for individuelle individer. Den smaleste reaksjonshastigheten er typisk for tegn som gir vitale viktige egenskaper organisme.
På grunn av det faktum at de fleste modifikasjoner har en adaptiv verdi, bidrar de til tilpasning - tilpasningen av organismen innenfor grensene for normen for reaksjon på eksistens under skiftende forhold.
Arvelig (genotypisk) variabilitet. Denne typen variasjon er assosiert med endringer i genotypen, og egenskapene som er tilegnet som et resultat av dette, er arvet. neste generasjoner. Det er to former for genotypisk variasjon: kombinativ og mutasjon.
Kombinasjonsvariabilitet består i utseendet av nye egenskaper som et resultat av dannelsen av andre kombinasjoner av foreldregener i genotypene til avkom. Denne typen variasjon er basert på den uavhengige divergensen av homologe kromosomer i den første meiotiske divisjonen, tilfeldig møte kjønnsceller i samme foreldrepar under befruktning og tilfeldig utvalg av foreldrepar. Det fører også til rekombinasjon av genetisk materiale og øker variasjonen i utvekslingen av deler av homologe kromosomer, som oppstår i den første profasen av meiose. I prosessen med kombinativ variasjon endres ikke strukturen til gener og kromosomer, men nye kombinasjoner av alleler fører til dannelsen av nye genotyper og, som et resultat, til utseendet til avkom med nye fenotyper.
Mutasjonsvariabilitet Det kommer til uttrykk i utseendet til nye kvaliteter av organismen som et resultat av dannelsen av mutasjoner. Begrepet "mutasjon" ble først introdusert i 1901 av den nederlandske botanikeren Hugo de Vries. I følge moderne ideer mutasjoner- dette er plutselige naturlige eller kunstig induserte arvelige endringer i arvestoffet, som fører til en endring i visse fenotypiske egenskaper og egenskaper ved organismen. Mutasjoner er urettet, det vil si tilfeldig, i naturen og er den viktigste kilden til arvelige endringer, uten hvilke utviklingen av organismer er umulig. På slutten av XVIII århundre. i Amerika ble det født en sau med forkortede lemmer, som ga opphav til en ny Ancon-rase (fig. 95). i Sverige på begynnelsen av 1900-tallet. en mink med platinapels ble født på en pelsfarm. Det store utvalget av egenskaper hos hunder og katter er et resultat av mutasjonsvariasjoner. Mutasjoner oppstår brått, som nye kvalitative endringer: awnless hvete ble dannet fra awned hvete, korte vinger og stripete øyne dukket opp i Drosophila, hvit, brun, svart farge dukket opp hos kaniner fra den naturlige fargen til agouti som et resultat av mutasjoner.
I henhold til opprinnelsesstedet skilles somatiske og generative mutasjoner. Somatiske mutasjoner oppstår i kroppens celler og overføres ikke gjennom seksuell reproduksjon til neste generasjoner. Eksempler på slike mutasjoner er aldersflekker og hudvorter. generative mutasjoner vises i kjønnsceller og er arvet.
Ris. 95. Ancona sau
I henhold til endringsnivået i arvestoffet skilles gen-, kromosomale og genomiske mutasjoner. Genmutasjoner forårsake endringer i individuelle gener, forstyrre rekkefølgen av nukleotider i DNA-kjeden, noe som fører til syntese av et endret protein.
Kromosomale mutasjoner påvirker en betydelig del av kromosomet, og forstyrrer funksjonen til mange gener samtidig. Et separat fragment av kromosomet kan dobles eller gå tapt, noe som forårsaker alvorlige forstyrrelser i kroppens funksjon, opp til embryoets død i de tidlige utviklingsstadiene.
Genomiske mutasjoner føre til en endring i antall kromosomer som følge av brudd på divergensen av kromosomer i delingene av meiose. Fraværet av et kromosom eller tilstedeværelsen av et ekstra fører til uheldige konsekvenser. Mest kjent eksempel Downs syndrom er en genomisk mutasjon, en utviklingsforstyrrelse som oppstår når et ekstra 21. kromosom vises. Slike mennesker har totalt antall kromosomene er 47.
Hos protozoer og hos planter observeres ofte en økning i antall kromosomer, et multiplum av det haploide settet. Denne endringen i kromosomsettet kalles polyploidi(Fig. 96). Fremveksten av polyploider er spesielt assosiert med ikke-disjunksjon av homologe kromosomer under meiose, som et resultat av at ikke haploide, men diploide gameter kan dannes i diploide organismer.
mutagene faktorer. Mulighet til å mutere er en av egenskapene til gener, så mutasjoner kan forekomme i alle organismer. Noen mutasjoner er uforenlige med livet, og embryoet som mottok dem dør i livmoren, mens andre forårsaker vedvarende endringer i egenskaper som har betydning i ulik grad for individets liv. Under normale forhold er mutasjonsraten til et enkelt gen ekstremt lav (10–5), men det er miljøfaktorer som øker denne verdien betydelig, og forårsaker irreversibel skade på strukturen til gener og kromosomer. Faktorer hvis innvirkning på levende organismer fører til en økning i frekvensen av mutasjoner kalles mutagene faktorer eller mutagener.
Ris. 96. Polyploidi. Krysantemumblomster: A - diploid form (2 n); B - polyploid form
Alle mutagene faktorer kan deles inn i tre grupper.
Fysiske mutagener er alle typer ioniserende stråling (?-stråler, røntgenstråler), ultrafiolett stråling, høye og lave temperaturer.
Kjemiske mutagener er analoger. nukleinsyrer, peroksider, salter av tungmetaller (bly, kvikksølv), salpetersyre og noen andre stoffer. Mange av disse forbindelsene forårsaker forstyrrelser i DNA-replikasjonen. Stoffer som brukes i landbruket for å kontrollere skadedyr og ugress (sprøytemidler og ugressmidler), avfallsprodukter fra industribedrifter, visse matfargestoffer og konserveringsmidler, noen medikamenter, tobakksrøykkomponenter har en mutagen effekt.
Spesielle laboratorier og institutter er opprettet i Russland og andre land i verden for å teste alle nylig syntetiserte kjemiske forbindelser for mutagenitet.
Til gruppen biologiske mutagener inkludere fremmed DNA og virus som, innebygd i vertens DNA, forstyrrer arbeidet til gener.
Gjennomgå spørsmål og oppgaver
1. Hva slags variasjon kjenner du til?
2. Hva er en reaksjonshastighet?
3. Forklar hvorfor fenotypisk variasjon ikke er arvelig.
4. Hva er mutasjoner? Beskriv hovedegenskapene til mutasjoner.
5. Gi en klassifisering av mutasjoner etter nivået av endringer i arvematerialet.
6. Nevn hovedgruppene av mutagene faktorer. Gi eksempler på mutagener som tilhører hver gruppe. Vurder om det er mutagene faktorer i miljøet ditt. Hvilken gruppe mutagener tilhører de?
Synes at! Henrette!
1. Kan miljøfaktorer etter din mening påvirke utviklingen av en organisme som bærer en dødelig mutasjon?
2. Kan kombinativ variasjon manifestere seg i fravær av den seksuelle prosessen?
3. Diskuter i klassen hva som er måtene å redusere menneskelig eksponering for mutagene faktorer i dagens verden.
4. Kan du gi eksempler på modifikasjoner som ikke er adaptive?
5. Forklar for noen som ikke er kjent med biologi hvordan mutasjoner skiller seg fra modifikasjoner.
6. Utfør studien: "Studien av modifikasjonsvariabilitet hos studenter (for eksempel kroppstemperatur og puls, periodisk målt i 3 dager)".
Arbeid med datamaskin
Se den elektroniske søknaden. Studer materialet og fullfør oppgavene.
| <<< Назад
|
Videresend >>> |
