O papel da variabilidade hereditária na evolução das espécies e suas formas. Variabilidade hereditária: características e significado

Existem 2 tipos de variabilidade hereditária: mutacional e combinativa.

A base da variabilidade combinativa é a formação de recombinações, ou seja, tais conexões genéticas que os pais não tinham. Fenotipicamente, isso pode se manifestar não apenas no fato de características parentais serem encontradas em alguns descendentes em outras combinações, mas também na formação de novas características na prole que estão ausentes nos pais. Isso acontece quando dois ou mais genes não alélicos que diferem entre os pais influenciam a formação da mesma característica.

As principais fontes de variabilidade combinativa são:

Segregação independente de cromossomos homólogos na primeira divisão meiótica;

Recombinação gênica, baseada no fenômeno do cruzamento cromossômico (cromossomos recombinados, uma vez no zigoto, provocam o aparecimento de características que não são típicas dos pais);

Encontro casual de gametas durante a fertilização.

No centro variabilidade mutacional mutações são mudanças permanentes no genótipo que afetam cromossomos inteiros, suas partes ou genes individuais.

1) Os tipos de mutações, de acordo com as consequências de sua influência no organismo, são divididos em benéficas, prejudiciais e neutras.

2) De acordo com o local de ocorrência, as mutações podem ser generativas se surgirem nas células germinativas: podem manifestar-se na geração que se desenvolve a partir das células germinativas. Mutações somáticas ocorrem em células somáticas (não reprodutivas). Tais mutações podem ser transmitidas aos descendentes apenas através da reprodução assexuada ou vegetativa.

3) Dependendo da parte do genótipo que afetam, as mutações podem ser:

Genômica, levando a uma alteração múltipla no número de cromossomos, por exemplo, poliploidia;

Cromossômico, associado a uma alteração na estrutura dos cromossomos, à adição de uma seção extra devido a um cruzamento, a uma rotação de uma determinada seção dos cromossomos em 180° ou a uma alteração no número de cromossomos individuais. Graças aos rearranjos cromossômicos, ocorre a evolução do cariótipo, e os mutantes individuais que surgiram como resultado de tais rearranjos podem se tornar mais adaptados às condições de existência, multiplicar-se e dar origem a uma nova espécie;

As mutações genéticas estão associadas a alterações na sequência de nucleotídeos em uma molécula de DNA. Este é o tipo mais comum de mutação.

4) De acordo com o método de ocorrência, as mutações são divididas em espontâneas e induzidas.

Mutações espontâneas ocorrem naturalmente sob a influência de fatores ambientais mutagênicos sem intervenção humana.

Mutações induzidas ocorrem quando fatores mutagênicos são direcionados ao corpo. Os mutagênicos físicos incluem vários tipos de radiação, baixas e altas temperaturas; para químico - vários compostos químicos; aos biológicos - vírus.

Assim, as mutações são a principal fonte de variabilidade hereditária - um fator na evolução dos organismos. Graças às mutações, novos alelos aparecem (são chamados de mutantes). No entanto, a maioria das mutações são prejudiciais aos seres vivos, uma vez que reduzem a sua aptidão e capacidade de produzir descendentes. A natureza comete muitos erros, criando, graças a mutações, muitos genótipos modificados, mas ao mesmo tempo seleciona sempre de forma precisa e automática aqueles genótipos que dão o fenótipo mais adaptado a determinadas condições ambientais.

Assim, o processo de mutação é a principal fonte de mudança evolutiva.

2. Dê características gerais classe Plantas dicotiledôneas. Qual a importância das plantas dicotiledôneas na natureza e na vida humana?

Classe dicotiledôneas- plantas cujo embrião de sementes contém

dois cotilédones.

Classe dicotiledônea – 325 famílias.

Considere grandes famílias de plantas dicotiledôneas.

Família	Características da flor, inflorescência	Fórmula de flor	Feto	Representantes
Compostos	Flores – pequenas, tubulares e em forma de cana – assimétricas Inflorescência – cesto.	Ch (5) L 5 Tn P 1 – flores tubulares Ch (5) L 5 Tn P 1 – flores de junco	Aquênio, noz	Plantas herbáceas (medicinais e oleaginosas) – dente-de-leão, chicória, centáurea, camomila, áster e muitas outras.
Crucífero	O perianto tem quatro membros. A inflorescência é racemosa, menos frequentemente em forma de corimbo.	Corr 4 L 4 T 4+2 Liga 1	Vagem, vagem	Plantas herbáceas anuais e perenes - nabos, rabanetes, nabos, rabanetes, rutabaga, repolho e muitos outros.
Rosáceas	Flores - solitárias	R (5) L 5 Tn P 1 R 5+5 L 5 Tn P 1	Drupa, drupa composta, polynut, maçã	Ervas, arbustos, árvores. Rosa Mosqueta, framboesas, morangos, ameixas, macieiras, peras e muitos outros.
Leguminosas	Escova, cabeça	R 5 L 1+2+(2) T (9)+1 L 1	Feijão	Arbustos. Plantas herbáceas - feijão, ervilha, lentilha, amendoim, trevo, alfafa, tremoço e muitas outras.
Solanáceas	Flores únicas ou inflorescências – racemo, enrolado	R (5) L (5) T (5) R 1	Baga, caixa	Árvores. Plantas herbáceas - berinjela, tomate, pimentão, batata, erva-moura, datura, meimendro e muitas outras. etc.

SIGNIFICADO NA NATUREZA: - as plantas desta classe são produtoras nos ecossistemas, ou seja, fotossintetizam substâncias orgânicas; - essas plantas são o começo de tudo cadeias alimentares; - estas plantas determinam o tipo de biogeocenose (floresta de bétulas, estepe de fireweed); - são participantes ativos no ciclo das substâncias e da água.

SIGNIFICADO NA VIDA HUMANA: - entre as plantas da classe Dicotiledônea existem muitas plantas cultivadas, cujos órgãos são utilizados para alimentação humana (família Rosaceae - cereja, maçã, ameixa, framboesa, família. Asteraceae - girassol, família. Solanaceae - tomate, batata, pimenta, família Crucíferos - diversas variedades de repolho, família das leguminosas - ervilha, soja, feijão) - muitas plantas são utilizadas para alimentação do gado; - na produção de fios naturais (linho, algodão); - como cultural e decorativo (acácia, rosas); - medicinal (mostarda, camomila, urtiga, termopsis). Também nesta classe existem muitas especiarias; são utilizadas para produzir tabaco, café, chá, cacau, tinturas, cordas, cordas, papel, utensílios de madeira, móveis, instrumentos musicais; - a madeira de algumas dicotiledôneas (carvalho, carpa, tília) é inestimável para a construção.

Variabilidade hereditária- é uma forma de variabilidade causada por alterações no genótipo, que pode estar associada à variabilidade mutacional ou combinacional.

Variabilidade mutacional

Os genes sofrem alterações de tempos em tempos, que são chamadas mutações. Essas mudanças são aleatórias e aparecem espontaneamente. As causas das mutações podem ser muito diversas. Disponível linha inteira fatores cujo impacto aumenta a probabilidade de mutações. Este pode ser o impacto de certos substancias químicas, radiação, temperatura, etc. Usando esses meios, mutações podem ser causadas, mas a natureza aleatória de sua ocorrência permanece e é impossível prever o aparecimento de uma mutação específica.

As mutações resultantes são repassadas aos descendentes, ou seja, determinam a variabilidade hereditária, com uma ressalva importante relacionada ao local onde ocorreu a mutação. Se ocorrer uma mutação em uma célula reprodutiva, ela terá a capacidade de ser transmitida aos descendentes, ou seja, de ser herdada. Se ocorrer uma mutação em uma célula somática, ela será transmitida apenas às células que surgem dessa célula somática. Essas mutações são chamadas somáticas; elas não são herdadas.

Existem vários tipos principais de mutações:

1. Mutações genéticas nas quais ocorrem mudanças no nível de genes individuais, ou seja, seções da molécula de DNA. Pode ser a perda de nucleotídeos, a substituição de uma base por outra, o rearranjo de nucleotídeos ou a adição de novos.
2. Mutações cromossômicas associadas à ruptura da estrutura cromossômica. Eles levam a mudanças graves que podem ser detectadas até mesmo com um microscópio. Tais mutações incluem perdas de seções cromossômicas (deleções), adição de seções, rotação de uma seção cromossômica em 180° e aparecimento de repetições.
3. Mutações genômicas causadas por alterações no número de cromossomos. Podem aparecer cromossomos homólogos extras; no conjunto de cromossomos, três aparecem no lugar de dois cromossomos homólogos - trissomia. No caso da monossomia, ocorre a perda de um cromossomo de um par. Com a poliploidia, ocorre um aumento múltiplo no genoma. Outra variante da mutação genômica é a haploidia, na qual resta apenas um cromossomo de cada par.

A frequência das mutações é influenciada, como já mencionado, por vários fatores. Quando ocorrem várias mutações genômicas grande importância tem, em particular, a idade da mãe.

Hereditariedade e variabilidade. Variabilidade combinativa

Este tipo de variabilidade é determinado pela natureza do processo sexual. Com a variação combinativa, surgem novos genótipos devido a novas combinações de genes. Esse tipo de variabilidade se manifesta já na fase de formação das células germinativas. Como já mencionado, em cada célula sexual (gameta) existe apenas um cromossomo homólogo de cada par. Os cromossomos entram no gameta de forma completamente aleatória, de modo que as células sexuais de uma pessoa podem diferir significativamente no conjunto de genes nos cromossomos. Uma etapa ainda mais importante para o surgimento da variabilidade combinativa é a fertilização, após a qual, no organismo recém-surgido, 50% dos genes são herdados de um dos pais e 50% do outro.

Da história

A ideia de que os seres vivos são caracterizados pela hereditariedade e variabilidade desenvolvida na antiguidade. Observou-se que quando os organismos se reproduzem de geração em geração, é transmitido um complexo de características e propriedades inerentes a uma determinada espécie (manifestação da hereditariedade). Contudo, é igualmente óbvio que existem algumas diferenças entre indivíduos da mesma espécie (manifestação de variabilidade).

O conhecimento da presença dessas propriedades foi utilizado no desenvolvimento de novas variedades de plantas cultivadas e raças de animais domésticos. Desde os tempos antigos em agricultura Foi utilizada a hibridização, ou seja, cruzar organismos que diferem entre si em algumas características. Porém, antes final do século XIX V. tal trabalho foi realizado por tentativa e erro, uma vez que os mecanismos subjacentes à manifestação de tais propriedades dos organismos não eram conhecidos e as hipóteses que existiam a este respeito eram puramente especulativas.

Em 1866, foi publicado o trabalho de Gregor Mendel, pesquisador tcheco, “Experiments on Plant Hybrids”. Descreveu os padrões de herança de características em gerações de plantas de diversas espécies, que G. Mendel identificou como resultado de numerosos e cuidadosamente realizados experimentos. Mas sua pesquisa não atraiu a atenção de seus contemporâneos, que não conseguiram apreciar a novidade e a profundidade das ideias, que estavam à frente do nível geral das ciências biológicas da época. Somente em 1900, após a descoberta das leis de G. Mendel novamente e independentemente uns dos outros por três pesquisadores (G. de Vries na Holanda, K. Correns na Alemanha e E. Chermak na Áustria), o desenvolvimento de uma nova ciência biológica começou - genética, que estuda padrões de hereditariedade e variabilidade. Gregor Mendel é justamente considerado o fundador desta ciência jovem, mas em rápido desenvolvimento.

Hereditariedade dos organismos

A hereditariedade dos organismos é a propriedade comum de todos os organismos de preservar e transmitir características e funções estruturais dos ancestrais aos descendentes.

A conexão entre pais e descendentes nos organismos ocorre principalmente por meio da reprodução. Os descendentes são sempre semelhantes aos pais e ancestrais, mas não são sua cópia exata.

Todo mundo sabe que um carvalho cresce de uma bolota e seus filhotes nascem de ovos de cuco. A partir das sementes de plantas cultivadas de uma determinada variedade, crescem plantas da mesma variedade. Nos animais domésticos, os descendentes da mesma raça mantêm suas propriedades.

Por que os filhos se parecem com os pais? Na época de Darwin, as causas da hereditariedade eram pouco compreendidas. Sabe-se agora que a base material da hereditariedade são genes localizados nos cromossomos. Um gene é uma seção de uma molécula matéria orgânica DNA, sob a influência do qual as características são formadas. Nas células dos organismos tipos diferentes contém unidades e dezenas de cromossomos e centenas de milhares de genes.

Os cromossomos com genes localizados neles estão presentes tanto nas células germinativas quanto nas células do corpo. Durante a reprodução sexual, ocorre a fusão das células reprodutivas masculinas e femininas. Nas células do embrião, os cromossomos masculinos e femininos são combinados, de modo que sua formação ocorre sob a influência dos genes do organismo materno e paterno. O desenvolvimento de algumas características é mais influenciado pelos genes do organismo materno, outros - pelo paterno, e nas terceiras características os genes maternos e paternos têm igual influência. Portanto, a prole acaba sendo semelhante em alguns aspectos ao organismo materno, em outros - ao do pai, em outros - combina as características do pai e da mãe, ou seja, tem um caráter intermediário.

Variabilidade dos organismos

A variabilidade dos organismos é a propriedade geral dos organismos de adquirirem novas características - diferenças entre indivíduos dentro de uma espécie.

Todos os sinais dos organismos são mutáveis: características externas e estrutura interna, fisiologia, comportamento, etc. É impossível encontrar indivíduos completamente idênticos na prole de um par de animais ou entre plantas cultivadas a partir das sementes de uma fruta. Em um rebanho de ovelhas da mesma raça, cada animal difere em características sutis: tamanho do corpo, comprimento das pernas, cabeça, cor, comprimento e densidade dos cachos da lã, voz, hábitos. O número de flores marginais de junco nas inflorescências da haste dourada (família Asteraceae) varia de 5 a 8. O número de pétalas da anêmona de carvalho (família Runcup) é 6, e às vezes 7 e 8. Plantas da mesma espécie ou variedades diferem um pouco entre si em termos de floração e amadurecimento dos frutos, grau de resistência à seca, etc. Devido à variabilidade dos indivíduos, a população acaba sendo heterogênea.

Darwin distinguiu duas formas principais de variabilidade - não hereditária e hereditária.

Variabilidade não hereditária ou modificacional

Há muito se percebeu que todos os indivíduos de uma determinada raça, variedade ou espécie, sob a influência de uma determinada causa, mudam em uma direção. As variedades de plantas cultivadas, na ausência das condições em que foram cultivadas pelo homem, perdem as suas qualidades. Por exemplo, o repolho branco, quando cultivado em países quentes, não forma cabeça. Sabe-se que com boa adubação, rega e iluminação, as plantas arbustos e frutificam abundantemente. As raças de cavalos trazidas para as montanhas ou ilhas, onde a alimentação não é nutritiva, ficam atrofiadas com o tempo. A produtividade dos animais não consanguíneos em condições de alojamento e cuidados melhorados aumenta. Todas essas mudanças não são hereditárias e, se as plantas ou animais forem transferidos às suas condições originais de existência, as características retornam às suas originais.

As causas da variabilidade não hereditária ou de modificação dos organismos na época de Darwin foram pouco estudadas. Verificou-se agora que a formação de um organismo ocorre tanto sob a influência de genes quanto sob a influência de condições ambientais. Essas condições são a causa da variabilidade não hereditária, da modificação. Eles podem acelerar ou desacelerar o crescimento e o desenvolvimento, mudar a cor das flores nas plantas, mas os genes não mudam. Graças a variabilidade não hereditária os indivíduos das populações acabam por estar adaptados às mudanças nas condições ambientais.

Variabilidade hereditária

Além da modificação, existe outra forma de variabilidade - a variabilidade hereditária dos organismos, que afeta cromossomos ou genes, ou seja, a base material da hereditariedade. As mudanças hereditárias eram bem conhecidas por Darwin; ele atribuiu-lhes um grande papel na evolução.

As causas da variação hereditária na época de Darwin também foram pouco estudadas. Sabe-se agora que as alterações hereditárias são causadas por alterações nos genes ou pela formação de novas combinações deles na prole. Assim, um tipo de variabilidade hereditária – mutações – é causada por alterações nos genes; outro tipo – variação combinativa – é causado por uma nova combinação de genes na prole; a terceira - variabilidade relativa - está associada ao fato de um mesmo gene influenciar a formação não de uma, mas de duas ou mais características. Assim, a base de todos os tipos de variabilidade hereditária é uma alteração em um gene ou conjunto de genes.

As mutações podem ser insignificantes e afetar uma ampla variedade de características morfológicas e fisiológicas do organismo, por exemplo, em animais - tamanho, cor, fertilidade, produção de leite, etc. Esses tipos de mudanças foram usados ​​​​para criar raças de ovelhas de cauda gorda, merino e astracã, variedades felpudas de muitas plantas ornamentais, árvores com coroas chorosas e piramidais. São conhecidas alterações hereditárias em morangos com folhas ovais simples e celidônia com folhas dissecadas.

Mutações podem ocorrer devido a uma variedade de influências. A fonte da variabilidade combinativa nas populações é o cruzamento. Indivíduos individuais da mesma população diferem ligeiramente uns dos outros no genótipo. Como resultado do cruzamento livre, são obtidas novas combinações de genes.

As mudanças hereditárias que aparecem em uma população por motivos aleatórios se espalham gradativamente entre os indivíduos devido ao cruzamento livre, e a população fica saturada delas. Estas mudanças hereditárias por si só não podem levar ao surgimento de uma nova população, muito menos de uma nova espécie, mas são material necessário para a seleção, um pré-requisito para a mudança evolutiva.

Darwin também observou a natureza correlativa da variabilidade hereditária. Por exemplo, os membros longos dos animais são quase sempre acompanhados por um pescoço alongado; cães sem pelos têm dentes subdesenvolvidos; pombos com pés emplumados têm dedos palmados. Nas variedades de beterraba de mesa, a cor da raiz, dos pecíolos e da parte inferior das folhas muda consistentemente. Snapdragons, com corolas de flores de cor clara, têm caules e folhas verdes; com corolas escuras - o caule e as folhas são escuros. Portanto, ao selecionar uma característica desejada, deve-se levar em consideração a possibilidade do aparecimento na prole de outras características, às vezes indesejáveis, que estejam relativamente relacionadas a ela.

Hereditariedade e variabilidade são propriedades diferentes dos organismos que determinam a semelhança e dissimilaridade dos descendentes com seus pais e com ancestrais mais distantes. A hereditariedade expressa a estabilidade das formas orgânicas ao longo de várias gerações e a variabilidade expressa a sua capacidade de transformação.

Darwin enfatizou repetidamente a necessidade de um desenvolvimento completo das leis da variabilidade e da hereditariedade. Mais tarde, eles se tornaram objeto de genética.

Hereditariedade- Esse característica mais importante organismos vivos, que consiste na capacidade de transmitir aos descendentes as propriedades e funções dos pais. Essa transmissão é realizada por meio de genes.

Um gene é uma unidade de armazenamento, transmissão e implementação de informação hereditária. Um gene é uma seção específica de uma molécula de DNA, cuja estrutura codifica a estrutura de um polipeptídeo (proteína) específico. É provável que muitas seções do DNA não codifiquem proteínas, mas desempenhem funções reguladoras. Em qualquer caso, na estrutura do genoma humano, apenas cerca de 2% do DNA são sequências com base nas quais o RNA mensageiro é sintetizado (processo de transcrição), que então determina a sequência de aminoácidos durante a síntese protéica (processo de tradução). Atualmente, acredita-se que existam cerca de 30 mil genes no genoma humano.

Os genes estão localizados nos cromossomos, que estão localizados no núcleo das células e são moléculas gigantes de DNA.

Teoria cromossômica da hereditariedade foi formulado em 1902 por Setton e Boveri. Segundo essa teoria, os cromossomos são portadores da informação genética que determina as propriedades hereditárias do organismo. Nos humanos, cada célula possui 46 cromossomos, divididos em 23 pares. Os cromossomos que formam um par são chamados de homólogos.

As células sexuais (gametas) são formadas por meio de um tipo especial de divisão - a meiose. Como resultado da meiose, apenas um cromossomo homólogo de cada par permanece em cada célula sexual, ou seja, 23 cromossomos. Esse conjunto único de cromossomos é chamado haplóide. Durante a fertilização, quando as células reprodutivas masculinas e femininas se fundem e formam um zigoto, o conjunto duplo, denominado diplóide, é restaurado. Num zigoto, no organismo que se desenvolve a partir dele, um cromossomo de cada cromossomo é recebido do organismo paterno e o outro do materno.

Um genótipo é um conjunto de genes recebidos por um organismo de seus pais.

Outro fenômeno que a genética estuda é a variabilidade. A variabilidade é entendida como a capacidade dos organismos de adquirir novas características - diferenças dentro de uma espécie. Existem duas formas de variabilidade:
- hereditário;
- modificação (não hereditária).

Variabilidade hereditária- é uma forma de variabilidade causada por alterações no genótipo, que pode estar associada à variabilidade mutacional ou combinatória.

Variabilidade mutacional.
Os genes sofrem alterações de tempos em tempos, que são chamadas de mutações. Essas mudanças são aleatórias e aparecem espontaneamente. As causas das mutações podem ser muito diversas. Existem vários fatores que aumentam a probabilidade de ocorrência de uma mutação. Isso pode ser exposição a certos produtos químicos, radiação, temperatura, etc. Usando esses meios, mutações podem ser causadas, mas a natureza aleatória de sua ocorrência permanece e é impossível prever o aparecimento de uma mutação específica.

As mutações resultantes são transmitidas aos descendentes, ou seja, determinam a variabilidade hereditária, que está associada ao local onde ocorreu a mutação. Se ocorrer uma mutação em uma célula reprodutiva, ela terá a oportunidade de ser transmitida aos descendentes, ou seja, ser herdado. Se a mutação ocorrer em uma célula somática, ela será transmitida apenas para aqueles que surgem dessa célula somática. Essas mutações são chamadas somáticas; elas não são herdadas.

Existem vários tipos principais de mutações.
- Mutações genéticas, nas quais ocorrem alterações ao nível dos genes individuais, ou seja, secções da molécula de ADN. Pode ser o desperdício de nucleotídeos, a substituição de uma base por outra, o rearranjo de nucleotídeos ou a adição de novos.
- Mutações cromossômicas associadas à ruptura da estrutura cromossômica levam a alterações graves que podem ser detectadas por meio de um microscópio. Tais mutações incluem perdas de seções cromossômicas (deleções), adição de seções, rotação de uma seção cromossômica em 180° e aparecimento de repetições.
- Mutações genômicas são causadas por alterações no número de cromossomos. Podem aparecer cromossomos homólogos extras: no conjunto de cromossomos, a trissomia aparece no lugar de dois cromossomos homólogos. No caso da monossomia, ocorre a perda de um cromossomo de um par. Com a poliploidia, ocorre um aumento múltiplo no genoma. Outra variante da mutação genômica é a haploidia, na qual resta apenas um cromossomo de cada par.

A frequência das mutações é influenciada, como já mencionado, por vários fatores. Quando ocorrem várias mutações genómicas, a idade da mãe, em particular, é de grande importância.

Variabilidade combinativa.
Este tipo de variabilidade é determinado pela natureza do processo sexual. Com a variação combinativa, surgem novos genótipos devido a novas combinações de genes. Esse tipo de variabilidade se manifesta já na fase de formação das células germinativas. Como já mencionado, em cada célula sexual (gameta) existe apenas um cromossomo homólogo de cada par. Os cromossomos entram no gameta aleatoriamente, de modo que as células sexuais de uma pessoa podem diferir bastante no conjunto de genes nos cromossomos. Uma etapa ainda mais importante para o surgimento da variabilidade combinativa é a fertilização, após a qual o organismo recém-surgido tem 50% de seus genes herdados de um dos pais e 50% do outro.

A variabilidade modificadora não está associada a mudanças no genótipo, mas é causada pela influência do ambiente no organismo em desenvolvimento.

A presença de variabilidade de modificação é muito importante para a compreensão da essência da herança. As características não são herdadas. Você pode pegar organismos com absolutamente o mesmo genótipo, por exemplo, cultivar mudas da mesma planta, mas colocá-las em condições diferentes (iluminação, umidade, nutrição mineral) e obter plantas bastante diferentes com características diferentes (crescimento, rendimento, formato das folhas e breve.). Para descrever as características realmente formadas de um organismo, utiliza-se o conceito de “fenótipo”.

Um fenótipo é todo o complexo de características reais de um organismo, que é formado como resultado da interação do genótipo e das influências ambientais durante o desenvolvimento do organismo. Assim, a essência da herança não reside na herança de uma característica, mas na capacidade de um genótipo produzir um determinado fenótipo como resultado da interação com as condições de desenvolvimento.

Como a variabilidade da modificação não está associada a alterações no genótipo, as modificações não são herdadas. Geralmente esta posição é difícil de aceitar por algum motivo. Parece que se, digamos, os pais treinaram levantamento de peso por várias gerações e desenvolveram músculos, então essas propriedades devem necessariamente ser transmitidas aos filhos. Entretanto, esta é uma modificação típica, e o treinamento é a influência ambiental que influenciou o desenvolvimento da característica. Nenhuma mudança no genótipo ocorre durante a modificação e as características adquiridas como resultado da modificação não são herdadas. Darwin chamou esse tipo de variabilidade de não hereditária.

Para caracterizar os limites de variabilidade de modificação, utiliza-se o conceito de norma de reação. Algumas características dos humanos não podem ser alteradas devido a influências ambientais, por exemplo, tipo sanguíneo, sexo, cor dos olhos. Outros, pelo contrário, são muito sensíveis às influências ambientais. Por exemplo, como resultado da exposição prolongada ao sol, a cor da pele fica mais escura e o cabelo fica mais claro. O peso de uma pessoa é muito influenciado pela dieta, pela doença e pela presença de maus hábitos, estresse, estilo de vida.

As influências ambientais podem levar não apenas a mudanças quantitativas, mas também qualitativas no fenótipo. Em algumas espécies de prímula, flores vermelhas aparecem em baixas temperaturas do ar (15-20 C), mas se as plantas forem colocadas em ambiente úmido com temperatura de 30 ° C, formam-se flores brancas.

Além disso, embora a norma de reação caracterize uma forma não hereditária de variabilidade (variabilidade de modificação), ela também é determinada pelo genótipo. Este ponto é muito importante: a taxa de reação depende do genótipo. O mesmo impacto ambiental sobre um genótipo pode levar a uma forte mudança em uma de suas características e não afetar outra.

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O que são mutações?

Variabilidade– uma das propriedades mais importantes dos seres vivos, a capacidade dos organismos vivos de adquirir diferenças de indivíduos de outras espécies e de sua própria espécie.

Existem dois tipos de variabilidade: não hereditário(fenotípico ou modificação) e hereditário(genotípico).

Variabilidade não hereditária (modificação). Esse tipo de variabilidade é o processo de surgimento de novas características sob a influência de fatores ambientais que não afetam o genótipo. Conseqüentemente, as modificações de características resultantes - modificações - não são herdadas (Fig. 93). Dois gêmeos idênticos (monozigóticos) que têm exatamente os mesmos genótipos, mas que pela vontade do destino cresceram em condições diferentes, podem ser muito diferentes um do outro. Um exemplo clássico que demonstra a influência do ambiente externo no desenvolvimento de características é a ponta da flecha. Esta planta desenvolve três tipos de folhas dependendo das condições de cultivo - no ar, na coluna d'água ou na superfície.

Arroz. 93. Folhas de carvalho cultivadas sob luz forte (A) e em local sombreado (B)

Arroz. 94. Mudança na cor do pelo do coelho do Himalaia sob a influência de diferentes temperaturas

Influenciado pela temperatura ambiente A cor da pelagem do coelho do Himalaia muda. O embrião, que se desenvolve no útero da mãe, é exposto a temperaturas elevadas, que destroem a enzima necessária à síntese do pigmento, fazendo com que os coelhos nasçam completamente brancos. Logo após o nascimento, certas partes salientes do corpo (nariz, pontas das orelhas e cauda) começam a escurecer porque a temperatura ali é mais baixa do que em outros lugares e a enzima não é destruída. Se você arrancar uma área de pêlo branco e esfriar a pele, a lã preta crescerá neste local (Fig. 94).

Sob condições ambientais semelhantes em organismos geneticamente semelhantes, a variabilidade de modificação tem personagem de grupo, por exemplo, em período de verão Na maioria das pessoas, sob a influência dos raios UV, um pigmento protetor - a melanina - é depositado na pele, as pessoas ficam bronzeadas.

Na mesma espécie de organismo, sob a influência das condições ambientais, variabilidade vários sinais pode ser completamente diferente. Por exemplo, no gado, a produção de leite, o peso e a fertilidade dependem muito das condições de alimentação e de alojamento e, por exemplo, o teor de gordura do leite muda muito pouco sob a influência de condições externas. As manifestações de variabilidade de modificação para cada característica são limitadas pela sua norma de reação. Norma de reação- estes são os limites dentro dos quais é possível uma mudança em uma característica em um determinado genótipo. Em contraste com a própria variabilidade de modificação, a norma de reação é herdada e seus limites são diferentes para diferentes características e em indivíduos individuais. A norma de reação mais restrita é típica para sinais que fornecem vitalidade qualidades importantes corpo.

Devido ao fato de a maioria das modificações terem significado adaptativo, elas contribuem para a adaptação - a adaptação do organismo, dentro dos limites da reação normal, à existência em condições variáveis.

Variabilidade hereditária (genotípica). Esse tipo de variabilidade está associado a mudanças no genótipo, e as características adquiridas em decorrência disso são herdadas próximas gerações. Existem duas formas de variabilidade genotípica: combinativa e mutacional.

Variabilidade combinativa consiste no surgimento de novas características como resultado da formação de outras combinações de genes dos pais nos genótipos dos descendentes. Este tipo de variabilidade baseia-se na divergência independente de cromossomos homólogos na primeira divisão meiótica, encontro casual gametas do mesmo par parental durante a fertilização e seleção aleatória de pares parentais. A troca de seções de cromossomos homólogos que ocorre na primeira prófase da meiose também leva à recombinação do material genético e aumenta a variabilidade. Assim, no processo de variabilidade combinativa, a estrutura dos genes e cromossomos não muda, mas novas combinações de alelos levam à formação de novos genótipos e, consequentemente, ao aparecimento de descendentes com novos fenótipos.

Variabilidade mutacional se expressa no surgimento de novas qualidades do corpo como resultado da formação de mutações. O termo “mutação” foi introduzido pela primeira vez em 1901 pelo botânico holandês Hugo de Vries. De acordo com ideias modernas mutações– são alterações hereditárias repentinas, naturais ou causadas artificialmente, no material genético, levando a alterações em certas características fenotípicas e propriedades do organismo. As mutações são não direcionais, ou seja, aleatórias, por natureza e são a fonte mais importante de mudanças hereditárias, sem as quais a evolução dos organismos é impossível. No final do século XVIII. na América nasceu uma ovelha com membros encurtados, dando origem à nova raça Ancona (Fig. 95). Na Suécia, no início do século XX. Um vison com pelo platinado nasceu em uma fazenda de peles. A enorme variedade de características em cães e gatos é resultado da variabilidade mutacional. As mutações surgem espasmodicamente, como novas mudanças qualitativas: o trigo sem awn foi formado a partir do trigo com awned, asas curtas e olhos em forma de faixa apareceram em Drosophila, e as cores branca, marrom e preta apareceram em coelhos a partir da cor natural da cutia como resultado de mutações.

De acordo com o local de ocorrência, distinguem-se as mutações somáticas e generativas. Mutações somáticas surgem nas células do corpo e não são transmitidos através da reprodução sexual às gerações subsequentes. Exemplos de tais mutações são manchas senis e verrugas cutâneas. Mutações gerativas aparecem nas células germinativas e são herdadas.

Arroz. 95. Ovelha Ancona

Com base no nível de alteração no material genético, são diferenciadas mutações genéticas, cromossômicas e genômicas. Mutações genéticas causar alterações em genes individuais, perturbando a ordem dos nucleotídeos na cadeia de DNA, o que leva à síntese de uma proteína alterada.

Mutações cromossômicas afetam uma porção significativa do cromossomo, interrompendo o funcionamento de muitos genes ao mesmo tempo. Um fragmento separado de um cromossomo pode ser duplicado ou perdido, o que causa graves perturbações no funcionamento do corpo, incluindo a morte do embrião nos estágios iniciais de desenvolvimento.

Mutações genômicas levar a uma mudança no número de cromossomos como resultado de violações da segregação cromossômica durante as divisões meióticas. A ausência de um cromossomo ou a presença de um extra leva a consequências adversas. Maioria exemplo famoso A mutação genômica é a síndrome de Down, um distúrbio do desenvolvimento que ocorre quando um 21º cromossomo extra aparece. Tais pessoas número total Existem 47 cromossomos.

Em protozoários e plantas, é frequentemente observado um aumento no número de cromossomos que é um múltiplo do número haplóide. Essa mudança no conjunto de cromossomos é chamada poliploidia(Fig. 96). O surgimento de poliplóides está associado, em particular, à não disjunção de cromossomos homólogos na meiose, como resultado da qual em organismos diplóides podem ser formados gametas diplóides em vez de haplóides.

Fatores mutagênicos. A capacidade de sofrer mutação é uma das propriedades dos genes, portanto, mutações podem ocorrer em todos os organismos. Algumas mutações são incompatíveis com a vida, e o embrião que as recebe morre no útero, enquanto outras provocam alterações persistentes em características que são significativas em graus variados para a vida do indivíduo. Em condições normais, a frequência de mutação de um gene individual é extremamente baixa (10–5), mas existem fatores ambientais que aumentam significativamente esse valor, causando danos irreversíveis à estrutura dos genes e dos cromossomos. Fatores cujo impacto nos organismos vivos leva a um aumento na frequência de mutações são chamados de fatores mutagênicos ou mutagênicos.

Arroz. 96. Poliploidia. Flores de crisântemo: A – forma diplóide (2 n); B – forma poliplóide

Todos os fatores mutagênicos podem ser divididos em três grupos.

Mutágenos físicos são todos os tipos de radiação ionizante (raios?, raios X), radiação ultravioleta, altas e baixas temperaturas.

Mutágenos químicos- estes são análogos ácidos nucleicos, peróxidos, sais de metais pesados ​​(chumbo, mercúrio), ácido nitroso e algumas outras substâncias. Muitos destes compostos causam problemas com a replicação do DNA. Substâncias utilizadas na agricultura para controlar pragas e ervas daninhas (pesticidas e herbicidas), resíduos industriais, certos corantes e conservantes alimentares, alguns medicamentos e componentes da fumaça do tabaco têm efeito mutagênico.

Na Rússia e em outros países do mundo, foram criados laboratórios e institutos especiais que testam todos os novos compostos químicos sintetizados quanto à mutagenicidade.

Para o grupo mutagênicos biológicos incluem DNA estranho e vírus que, quando integrados ao DNA do hospedeiro, perturbam o funcionamento dos genes.

Revise perguntas e tarefas

1. Que tipos de variabilidade você conhece?

2. O que é uma norma de reação?

3. Explique por que a variabilidade fenotípica não é herdada.

4. O que são mutações? Descreva as principais propriedades das mutações.

5. Dê uma classificação das mutações de acordo com o nível de alterações no material hereditário.

6. Cite os principais grupos de fatores mutagênicos. Dê exemplos de mutagênicos pertencentes a cada grupo. Avalie se existem fatores mutagênicos em seu ambiente. A que grupo de mutagênicos eles pertencem?

Pensar! Faça isso!

1. Você acha que fatores ambientais podem influenciar o desenvolvimento de um organismo portador de uma mutação letal?

2. A variabilidade combinativa pode aparecer na ausência do processo sexual?

3. Discuta em sala de aula quais são as formas de reduzir o efeito dos fatores mutagênicos nos seres humanos no mundo moderno.

4. Você pode dar exemplos de modificações que não são de natureza adaptativa?

5. Explique a alguém não familiarizado com biologia como as mutações diferem das modificações.

6. Conclua o estudo: “Estudo da variabilidade de modificação em alunos (usando o exemplo da temperatura corporal e da pulsação, medidas periodicamente ao longo de 3 dias).”

Trabalhar com computador

Consulte o requerimento eletrônico. Estude o material e complete as tarefas.

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