Головна › Кузов › Роль спадкової мінливості в еволюції видів та її форми. Спадкова мінливість: особливості та значення

Роль спадкової мінливості в еволюції видів та її форми. Спадкова мінливість: особливості та значення

Існує 2 типи спадкової мінливості: мутаційна та комбінативна.

У основі комбінативної мінливості лежить освіту рекомбінацій, тобто. таких сполук генів, яких був у батьків. Фенотипово це може виявлятися у тому, що батьківські ознаки зустрічаються в частини нащадків за іншими комбінаціях, а й у освіті в нащадків нових ознак, відсутні у батьків. Це трапляється, коли два або більше неалельних гена, якими відрізняються батьки, впливають на формування однієї й тієї ж ознаки.

Основними джерелами комбінативної мінливості є:

Незалежна розбіжність гомологічних хромосом у першому мейотичному поділі;

Рекомбінація генів, заснована на явищі перехреста хромосом (рекомбінаційні хромосоми, потрапивши у зиготу, спричиняють появу ознак, не типових для батьків);

Випадкова зустріч гамет при заплідненні.

В основі мутаційної мінливостілежать мутації - стійкі зміни генотипу, що зачіпають цілі хромосоми, частини або окремі гени.

1) Типи мутацій за наслідками впливу організм діляться на корисні, шкідливі і нейтральні.

2) За місцем виникнення мутації можуть бути генеративними, якщо вони виникають у статевих клітинах: вони можуть виявлятися в тому поколінні, яке розвивається із статевих клітин. Соматичні мутації відбуваються у соматичних (нестатевих) клітинах. Нащадкам такі мутації можуть передаватися лише за безстатевому чи вегетативному розмноженні.

3) Залежно від того, яку частину генотипу вони торкаються, мутації можуть бути:

Геномні, що призводять до кратної зміни кількості хромосом, наприклад поліплоїдія;

Хромосомні, пов'язані зі зміною будови хромосом, приєднання зайвої ділянки внаслідок перехреста, поворот певної ділянки хромосом на 180° або зміною кількості окремих хромосом. Завдяки хромосомним перебудовам відбувається еволюція каріотипу, і окремі мутанти, що виникли внаслідок таких перебудов, можуть виявитися більш пристосованими до умов існування, розмножитися та дати початок новому виду;

Генні мутації пов'язані зі зміною послідовності нуклеотидів у молекулі ДНК. Це найпоширеніший тип мутацій.

4) За способом виникнення мутації поділяються на спонтанні та індуковані.

Спонтанні мутації виникають у природних умовах під дією мутагенних факторів середовища без втручання людини.

Індуковані мутації виникають при спрямованій дії на організм мутагенних факторів. До фізичних мутагенів відносять різні види випромінювань, низькі та високі температури; до хімічних - різні хімічні сполуки; до біологічних – віруси.

Отже, мутації є основним джерелом спадкової мінливості – фактора еволюції організмів. Завдяки мутаціям з'являються нові алелі (їх називають мутантними). Однак більшість мутацій шкідливі для живих істот, оскільки вони знижують їхню пристосованість, можливість давати потомство. Природа допускає багато помилок, створюючи, завдяки мутаціям, безліч видозмінених генотипів, але разом з тим вона завжди безпомилково та автоматично відбирає ті генотипи, які дають найбільш пристосований до певних умов середовища фенотип.

Отже, мутаційний процес є основним джерелом еволюційних змін.

2. Дайте загальну характеристикукласу Дводольні рослини. Яке значення дводольних рослин у природі, житті людини?

Клас дводольні рослини- рослини, в зародку насіння яких присутній

дві сім'ядолі.

Клас дводольних – 325 сімейств.

Розглянемо великі родини дводольних рослин.

Сімейство	Особливості квітки, суцвіття	Формула квітки	Плід	Представники
Складнокольорові	Квітки – дрібні, трубчастої та язичкової форми – асиметричні Суцвіття – кошик.	Ч (5) Л 5 Тn П 1 – квітки трубчасті Ч (5) Л 5 Тn П 1 – квітки язичкові	Насіння, горішок	Трав'янисті рослини (лікарські та олійні) – кульбаба, цикорій, волошка, ромашка, айстра та ін.
Хрестоцвіті	Оцвітина – чотиричленна. Суцвіття кисть, рідше як щитка.	Ч 4 Л 4 Т 4+2 П 1	Стручок, стручочок	Однорічні та багаторічні трав'янисті рослини – ріпа, редис, турнепс, редька, бруква, капуста та ін.
Розоцвіті	Квітки – поодинокі	Ч (5) Л 5 Тn П 1 Ч 5+5 Л 5 Тn П 1	Костянка, кістянка складна, багатогорішок, яблуко	Трави, чагарники, дерева. Шипшина, малина, суниця, слива, яблуня, груша та ін.
Бобові	Пензлик, головка	Ч 5 Л 1+2+(2) Т (9)+1 П 1	Боб	Чагарники. Трав'янисті рослини - квасоля, горох, сочевиця, арахіс, конюшина, люцерна, люпин та ін.
Пасльонові	Поодинокі квітки чи суцвіття – кисть, завиток	Ч (5) Л (5) Т (5) П 1	Ягода, коробочка	Дерева. Трав'янисті рослини – баклажани, томати, перець, картопля, пасльон, дурман, белена та багато інших. ін.

ЗНАЧЕННЯ У ПРИРОДІ: - рослини цього класу є продуцентами в екосистемах, тобто фотосинтезують органічні речовини; - ці рослини є початком всіх харчових ланцюжків; - ці рослини визначають вид біогеоценозу (березовий ліс, кипрейний степ); - це активні учасники кругообігу речовин та води.

ЗНАЧЕННЯ В ЖИТТІ ЛЮДИНИ: - серед рослин класу Дводольні багато культурних рослин, органи яких використовуються в їжу людиною (родина Розоцвіті - вишня, яблуня, слива, малина, сем. Складноцвіті - соняшник, сем. Пасльонові - томат, картопля, перець, сем. Хрестоцвіті – різні сорти капусти, сем. Бобові – горох, соя, квасоля) – багато рослин використовуються на корм худобі; - при виробництві натуральних ниток (льон, бавовна); - як культурно-декоративні (акація, троянди); - Лікарські (гірчиця, ромашка, кропива, термопсис). Також серед цього класу багато прянощів, з них виробляють тютюн, кава, чай, какао, барвники, канати, мотузки, папір, дерев'яний посуд, меблі, музичні інструменти; - Безцінна для будівництва деревина деяких дводольних (дуб, граб, липа).

Спадкова мінливість- це форма мінливості, викликана змінами генотипу, які можна пов'язані з мутаційної чи комбінативної мінливістю.

Мутаційна мінливість

Гени час від часу зазнають змін, які отримали назвумутацій. Ці зміни мають випадковий характер і з'являються спонтанно. Причини виникнення мутацій можуть бути найрізноманітнішими. Є цілий рядфакторів, вплив яких підвищує можливість виникнення мутацій. Це може бути вплив певних хімічних речовин, радіації, температури і т. д. За допомогою цих засобів можна викликати мутації, проте випадковий характер їх виникнення зберігається і передбачити появу тієї чи іншої мутації неможливо.

Виниклі мутації передаються нащадкам, тобто визначають спадкову мінливість, з одним важливим застереженням, пов'язаним з тим, де відбулася мутація. Якщо мутація відбулася в статевій клітині, то вона має можливість передатися нащадкам, тобто бути успадкованою. Якщо мутація відбулася в соматичній клітині, то вона передається тільки тим клітинам, що виникають із цієї соматичної клітини. Такі мутації називаються соматичними, вони передаються у спадок.

Розрізняють кілька основних типів мутацій:

Генні мутації, у яких зміни відбуваються лише на рівні окремих генів, т. е. ділянок молекули ДНК. Це може бути втрата нуклеотидів, заміна однієї основи на іншу, перестановка нуклеотидів або додавання нових.
Хромосомні мутації пов'язані з порушенням структури хромосом. Вони призводять до серйозних змін, які можуть бути виявлені навіть мікроскопом. До таких мутацій відносяться втрати ділянок хромосом (делеції), додавання ділянок, поворот ділянки хромосоми на 180 °, поява повторів.
Геномні мутації, спричинені зміною числа хромосом. Можуть з'являтися зайві гомологічні хромосоми, в хромосомному наборі на місці двох гомологічних хромосом виявляються три - трисомія. У разі моносомії спостерігається втрата однієї хромосоми із пари. При поліплоїдії відбувається кратне збільшення геному. Ще один варіант геномної мутації – га-плоїдія, при якій залишається лише одна хромосома з кожної пари.

На частоту виникнення мутацій впливають, як було зазначено, найрізноманітніші чинники. У разі низки геномних мутацій велике значеннямає, зокрема, вік матері.

Спадковість та мінливість. Комбінативна мінливість

Цей тип мінливості визначається характером статевого процесу. При комбінативної мінливості виникають нові генотипи через нові комбінації генів. Цей тип мінливості проявляється вже на стадії утворення статевих клітин. Як вже було сказано, у кожній статевій клітині (гаметі) представлена лише одна гомологічна хромосома з кожної пари. Хромосоми потрапляють у гамету абсолютно випадковим чином, тому статеві клітини однієї людини можуть досить відрізнятися за набором генів у хромосомах. Ще більш важлива стадія для виникнення комбінативної мінливості - це запліднення, після якого у організму, що знову виник, 50% генів успадковано від одного з батьків, а 50% - від іншого.

З історії

Уявлення про те, що для живих істот характерні спадковість та мінливість, склалися ще в давнину. Було помічено, що з розмноженні організмів із покоління до покоління передається комплекс ознак і властивостей, властивих конкретному виду (прояв спадковості). Проте так само очевидно і те, що між особами одного виду існують деякі відмінності (прояв мінливості).

Знання про наявність цих властивостей використовувалося під час виведення нових сортів культурних рослин та порід свійських тварин. Здавна в сільському господарствізастосовувалася гібридизація, тобто схрещування організмів, що відрізняються один від одного за будь-якими ознаками. Однак до кінця XIXв. така робота здійснювалася методом проб і помилок, оскільки не були відомі механізми, що лежать в основі прояву подібних властивостей організмів, а гіпотези, що існували з цього приводу, мали суто умоглядний характер.

У 1866 р. побачила світ праця Грегора Менделя, чеського дослідника, «Досліди над рослинними гібридами». У ньому були описані закономірності успадкування ознак у поколіннях рослин кількох видів, які Г. Мендель виявив у результаті численних та ретельно виконаних експериментів. Але його дослідження не привернуло уваги сучасників, які зуміли оцінити новизну і глибину ідей, випередили загальний рівень біологічних наук на той час. Лише в 1900 р., після відкриття законів Г. Менделя заново і незалежно один від одного трьома дослідниками (Г. де Фрізом у Голландії, К. Корренсом у Німеччині та Е. Чермаком в Австрії), починається розвиток нової біологічної науки – генетики, що вивчає закономірності спадковості та мінливості. Грегора Менделя справедливо вважають основоположником цієї молодої, але дуже бурхливо розвивається.

Спадковість організмів

Спадковістю організмів називають загальну властивість всіх організмів зберігати та передавати особливості будови та функцій від предків до потомства.

Зв'язок батьків із нащадками в організмів здійснюється в основному через розмноження. Нащадок завжди подібний до батьків і предків, але не буває їх точною копією.

Кожен знає, що з жолудя виростає дуб, з яєць зозулі виводяться її пташенята. З насіння культурних рослин певного сорту виростають рослини того самого сорту. У свійських тварин зберігають властивості нащадки тієї ж породи.

Чому ж потомство схоже на своїх батьків? За часів Дарвіна причини спадковості мало вивчені. Нині відомо, що матеріальну основу спадковості становлять гени, які у хромосомах. Ген є ділянкою молекули органічної речовиниДНК, під впливом якого формуються ознаки. У клітинах організмів різних видівмістяться одиниці та десятки хромосом та сотні тисяч генів.

Хромосоми з розташованими у них генами є як і статевих клітинах, і у клітинах тіла. При статевому розмноженні відбувається злиття чоловічої та жіночої статевих клітин. У клітинах зародка поєднуються чоловічі та жіночі хромосоми, тому формування його відбувається під впливом генів як материнського, так і батьківського організму. На розвиток одних ознак більший вплив мають гени материнського організму, інших - батьківського, на треті ознаки материнські та батьківські гени мають рівний вплив. Тому потомство за одними ознаками виявляється схожим на материнський організм, за іншими - на батьківський, за третіми - поєднує ознаки батька і матері, тобто має проміжний характер.

Мінливість організмів

Мінливістю організмів називають загальну властивість організмів набувати нових ознак - відмінності між особинами в межах виду.

Мінливі всі ознаки організмів: особливості зовнішнього та внутрішньої будови, фізіології, поведінки та ін У потомстві однієї пари тварин або серед рослин, що виросли з насіння одного плода, неможливо зустріти абсолютно однакових особин. У стаді овець однієї породи кожна тварина відрізняється ледь вловимими особливостями: розмірами тіла, довжиною ніг, голови, забарвленням, довжиною та щільністю завитка вовни, голосом, звичками. Кількість крайових язичкових квіток у суцвіттях золотої різки (родина складноцвітих) коливається від 5 до 8. Кількість пелюсток вітряниці дібрової (сімейство жовтяничних) - 6, а іноді 7 і 8. Рослини одного виду або сорти дещо відрізняються один від одного в термінах цвітіння, дозрівання плодів, ступеня посухостійкості та ін. Завдяки мінливості особин населення виявляється різнорідною.

Дарвін розрізняв дві основні форми мінливості - неспадкову та спадкову.
Неспадкова або модифікаційна мінливість
Давно було відмічено, що це особини цієї породи, сорту чи виду під впливом певної причини змінюються щодо одного напрямі. Сорти культурних рослин за відсутності умов, у яких вони були виведені людиною, втрачають свої якості. Наприклад, білокачанна капуста при вирощуванні в спекотних країнах не утворює качана. Відомо, що при хорошому добривах, поливі, освітленні рослини рясно кущяться і плодоносять. Породи коней, завезені в гори або острови, де їжа недостатньо поживна, згодом стають низькорослими. Продуктивність безпородних тварин в умовах покращеного утримання та догляду підвищується. Всі ці зміни не спадкові, і якщо рослини або тварин перенести у вихідні умови існування, ознаки знову повертаються до початкових.
Причини ненаследственной, чи модифікаційної, мінливості організмів за часів Дарвіна були слабо вивчені. До теперішнього часу з'ясовано, що формування організму йде як під впливом генів, так і під впливом умов довкілля. Ці умови і спричиняють неспадкову, модифікаційну, мінливість. Вони можуть прискорити або уповільнити зростання та розвиток, змінити забарвлення квіток у рослин, але гени при цьому не змінюються. Завдяки неспадкову мінливістьособини популяцій виявляються пристосованими до умов середовища, що змінюються.
Спадкова мінливість
Крім модифікаційної існує інша форма мінливості – спадкова мінливість організмів, яка зачіпає хромосоми чи гени, тобто матеріальні основи спадковості. Спадкові зміни були добре відомі Дарвіну, він відводив велику роль еволюції.
Причини спадкової мінливості за часів Дарвіна також мало досліджено. Нині відомо, що спадкові зміни обумовлені зміною генів чи утворенням нових комбінацій в потомстві. Так, один вид спадкової мінливості – мутації – обумовлений зміною генів; інший вид – комбінативна мінливість – викликаний новою комбінацією генів у потомстві; третій - співвідносна мінливість - пов'язані з тим, що той самий ген впливає формування не однієї, а двох і більше ознак. Отже, основою всіх видів спадкової мінливості лежить зміна гена чи сукупності генів.
Мутації можуть бути незначними і зачіпати різні морфологічні і фізіологічні особливості організму, наприклад у тварин - розміри, забарвлення, плодючість, молочність і т. п. Іноді мутації проявляються в більш значних змінах. Такі зміни були використані при створенні курдючних, мериносових і каракулевих порід овець, махрових сортів багатьох декоративних рослин, дерев з плакучими і пірамідальними кронами. Відомі спадкові зміни суниці з простим яйцеподібним листям, чистотілу з розсіченим листям.
Мутації можуть відбуватися з різних впливів. Джерелом комбінативної мінливості у популяціях служить схрещування. Окремі особини однієї і тієї ж популяції дещо відрізняються один від одного за генотипом. В результаті вільного схрещування виходять нові комбінації генів.
З'явилися в популяції з випадкових причин спадкові зміни поступово поширюються серед особин завдяки вільному схрещування, і населення виявляється насиченою ними. Ці спадкові зміни самі собою не можуть призвести ні до появи нової популяції, ні, тим більше нового виду, але вони є необхідним матеріаломдля відбору, передумовою еволюційних змін.
Ще Дарвін наголосив на співвідносному характері спадкової мінливості. Наприклад, довгі кінцівки тварин майже завжди супроводжуються подовженою шиєю; у безшерстих собак спостерігаються недорозвинені зуби; голуби з оперенням на ногах мають перетинки між пальцями. У столових сортів буряків узгоджено змінюється забарвлення коренеплоду, черешків та нижньої сторони листя. У лев'ячого зіва зі світлими віночками квіток стебло та листя зелені; з темними віночками - стебло та листя темні. Тому, проводячи відбір за однією, необхідною ознакою, слід враховувати можливість появи в потомстві інших, іноді небажаних ознак, пов'язаних із нею.
Спадковість і мінливість - різні властивості організмів, що зумовлюють подібність і відмінність потомства з батьками і з більш віддаленими предками. Спадковість виражає стійкість органічних форм у ряді поколінь, а мінливість – їх здатність до перетворення.
Дарвін неодноразово наголошував на необхідності глибокої розробки законів мінливості та спадковості. Пізніше вони стали предметом вивчення генетики.

Спадковість- це найважливіша особливістьживих організмів, що полягає у здатності передавати властивості та функції батьків нащадкам. Ця передача здійснюється за допомогою генів.

Ген - одиниця зберігання, передачі та реалізації спадкової інформації. Ген є специфічною ділянкою молекули ДНК, у структурі якого закодована структура певного поліпептиду (білка). Ймовірно, багато ділянок ДНК не кодують білки, а виконують регулюючі функції. Принаймні у структурі геному людини лише близько 2% ДНК є послідовності, основі яких йде синтез інформаційної РНК (процес транскрипції), яка потім визначає послідовність амінокислот при синтезі білків (процес трансляції). Нині вважають, що у геномі людини є близько 30 тис. генів.

Гени розташовані на хромосомах, які знаходяться в ядрах клітин і є гігантськими молекулами ДНК.

Хромосомна теорія спадковостібула сформульована н 1902 Сеттоном і Бовері. Відповідно до цієї теорії хромосоми є носіями генетичної інформації, що визначає спадкові властивості організму. У людини у кожній клітині є 46 хромосом, розділених на 23 пари. Хромосоми, що утворюють пару, називаються гомологічними.

Статеві клітини (гамети) утворюються за допомогою особливого типу поділу – мейозу. У результаті мейозу у кожній статевій клітині залишається лише по одній гомологічній хромосомі з кожної пари, тобто. 23 хромосоми. Такий одинарний набір хромосом називається гаплоїдним. При заплідненні, коли зливаються чоловіча та жіноча статеві клітини та утворюється зигота, подвійний набір, який називається диплоїдним, відновлюється. У зиготі у організму який із неї розвивається, одна хромосома з кожної нари отримана від батьківського організму, інша - від материнського.

Генотип – це сукупність генів, отриманих організмом від батьків.

Інше явище, яке вивчає генетика – мінливість. Під мінливістю розуміють здатність організмів набувати нових ознак - відмінності у межах виду. Вирізняють дві форми мінливості:
- Спадкову;
- Модифікаційну (неспадкову).

Спадкова мінливість- це форма мінливості викликана змінами генотипу, які можна пов'язані з мутаційної чи комбінативної мінливістю.

Мутаційна мінливість.
Гени час від часу зазнають змін, які отримали назву мутацій. Ці зміни мають випадковий характер і з'являються спонтанно. Причини виникнення мутацій можуть бути найрізноманітнішими. Є цілий ряд факторів, вплив яких підвищує ймовірність виникнення мутації. Це може бути дія певних хімічних речовин радіації, температури і т.д. За допомогою цих засобів можна викликати мутації, проте випадковий характер їхнього виникнення зберігається, і передбачити появу тієї чи іншої мутації неможливо.

Виниклі мутації передаються нащадкам, т. е. визначають спадкову мінливість, що з тим, де відбулася мутація. Якщо мутація сталася статевої клітині то вона має можливість передатися нащадкам, тобто. бути успадкованою. Якщо ж мутація відбулася в соматичній клітині, то вона передається тільки тим із них, які виникають із цієї соматичної клітини. Такі мутації називаються соматичними, вони передаються у спадок.

Розрізняють кілька основних типів мутацій.
- Генні мутації, у яких зміни відбуваються лише на рівні окремих генів, т. е. ділянок молекули ДНК. Це може бути втрата нуклеотидів, заміна однієї основи на іншу, перестановка нуклеотидів або додавання нових.
- Хромосомні мутації, пов'язані з порушенням структури хромосом, призводять до серйозних змін, які можуть бути виявлені мікроскопом. До таких мутацій відносяться втрати ділянок хромосом (делеції), додавання ділянок, поворот ділянки хромосоми на 180 °, поява повторів.
- Геномні мутації викликаються зміною числа хромосом. Можуть з'являтися зайві гомологічні хромосоми: у хромосомному наборі дома двох гомологічних хромосом виявляються три-трисомия. У разі моносомії спостерігається втрата однієї хромосоми із пари. При поліплоїдії відбувається кратне збільшення геному. Ще один варіант геномної мутації – гаплоїдія, при якій залишається лише одна хромосома з кожної пари.

На частоту виникнення мутацій впливають, як було зазначено, найрізноманітніші чинники. У разі низки геномних мутацій велике значення має, зокрема, вік матері.

Комбінативна мінливість.
Цей тип мінливості визначається характером статевого процесу. При комбінативної мінливості виникають нові генотипи через нові комбінації генів. Цей тип мінливості проявляється вже на стадії утворення статевих клітин. Як вже було сказано, у кожній статевій клітині (гаметі) представлена лише одна гомологічна хромосома з кожної пари. Хромосоми потрапляють у гамету випадково, тому статеві клітини однієї людини можуть досить сильно відрізнятися за набором генів у хромосомах. Ще більш важлива стадія для виникнення комбінативної мінливості - це запліднення, після якого у організму, що знову виник, 50% генів успадковано від одного з батьків, і 50% - від іншого.

Модифікаційна мінливість не пов'язана зі змінами генотипу, а викликана впливом середовища на організм, що розвивається.

Наявність модифікаційної мінливості дуже важлива для розуміння сутності спадкування. Наслідуються не ознаки. Можна взяти організми з абсолютно однаковим генотипом, наприклад виростити живці від однієї і тієї ж рослини, але помістити їх при цьому в різні умови (освітленість, вологість, мінеральне харчування) і отримати рослини, що досить сильно відрізняються, з різними ознаками (зростання, врожайність, форма листя) і т.п.). Для опису реальних ознак організму використовують поняття «фенотип».

Фенотип - це весь комплекс ознак організму, що реально виникли, який формується як результат взаємодії генотипу і впливів середовища в ході розвитку організму. Таким чином, сутність успадкування полягає не в успадкування ознаки, а у здатності генотипу в результаті взаємодії з умовами розвитку давати певний фенотип.

Оскільки модифікаційна мінливість пов'язані з змінами генотипу, то модифікації не передаються у спадок. Зазвичай це становище чомусь важко приймається. Здається, якщо, скажімо, батьки протягом кількох поколінь тренуються у піднятті тяжкості і мають розвиненою мускулатурою, ці властивості повинні обов'язково передатися дітям. Тим часом, це типова модифікація, а тренування - це і є вплив середовища, який вплинув на розвиток ознаки. Жодних змін генотипу при модифікації не відбувається і набуті в результаті модифікації ознаки не успадковуються. Дарвін називав цей вид мінливості – неспадковою.

Для характеристики меж модифікаційної мінливості застосовується поняття норма реакції. Деякі ознаки у людини неможливо змінити за рахунок впливів середовищ, наприклад групу крові, стать, колір очей. Інші, навпаки, дуже чутливі до дії середовища. Наприклад, в результаті тривалого перебування на сонці колір шкіри стає темнішим, а волосся світлішає. На вагу людини сильно впливають особливості харчування, хвороби, наявність шкідливих звичок, стрес, спосіб життя.

Середовище можуть призводити не тільки до кількісних, але і до якісних змін фенотипу. У деяких видів примули при зниженій температурі повітря (15-20 С) з'являються квіти червоного кольору, якщо ж рослини помістити у вологе середовище з температурою 30 ° С, то утворюються білі квітки.

причому, хоча норма реакції характеризує неспадкову форму мінливості (модифікаційну мінливість), вона також визначається генотипом. Це становище дуже важливе: норма реакції залежить від генотипу. Один і той самий вплив середовища на генотип може призвести до сильної зміни однієї його ознаки і ніяк не вплинути на іншу.

Підручник відповідає Федеральному державному освітньому стандарту середньої (повної) загальної освіти, рекомендований Міністерством освіти і науки РФ та включений до Федерального переліку підручників.

Підручник адресований учням 10 класу та розрахований на викладання предмета 1 або 2 години на тиждень.

Сучасне оформлення, багаторівневі питання та завдання, додаткова інформаціята можливість паралельної роботи з електронним додатком сприяють ефективному засвоєнню навчального матеріалу.

Книга:

<<< Назад

Вперед >>>

Згадайте!

Наведіть приклади ознак, що змінюються під впливом зовнішнього середовища.

Що таке мутація?

Мінливість– одна з найважливіших властивостей живого, здатність живих організмів набувати відмінностей від особин як інших видів, і свого виду.

Розрізняють два види мінливості: неспадкова(фенотипова, або модифікаційна) та спадкова(генотипова).

Неспадкова (модифікаційна) мінливість.Цей вид мінливості є процесом появи нових ознак під впливом факторів зовнішнього середовища, які не зачіпають генотип. Отже, видозміни ознак, що виникають при цьому, – модифікації – у спадок не передаються (рис. 93). Два однояйцеві (монозиготні) близнюки, які мають абсолютно однакові генотипи, але волею долі виросли в різних умовах, можуть сильно відрізнятися один від одного. Класичним прикладом, що доводить вплив довкілля в розвитку ознак, є стрелолист. У цієї рослини розвивається три види листя залежно від умов зростання – на повітрі, у товщі води або на її поверхні.

Мал. 93. Листя дуба, що виросли при яскравій освітленості (А) та в затіненому місці (Б)

Мал. 94. Зміна фарбування вовни гімалайського кролика під впливом різних температур

Під впливом температури довкіллязмінюється забарвлення вовни у кролика гімалайського. Ембріон, розвиваючись в утробі матері, знаходиться в умовах підвищеної температури, яка руйнує фермент, необхідний для синтезу пігменту, тому кролики народжуються білими. Незабаром після народження окремі частини тіла, що виступають (ніс, кінчики вух і хвоста) починають темніти, тому що там температура нижче, ніж в інших місцях, і фермент не руйнується. Якщо вищипати ділянку білої вовни та охолодити шкіру, на цьому місці зросте чорна вовна (рис. 94).

У подібних умовах середовища у генетично близьких організмів модифікаційна мінливість має груповий характер, наприклад, в літній періоду більшості людей під впливом УФ-променів у шкірі відкладається захисний пігмент – меланін, люди засмагають.

В одного і того ж виду організмів під впливом умов довкілля мінливість різних ознакможе бути абсолютно різною. Наприклад, у великої рогатої худоби надою молока, маса, плодючість дуже сильно залежать від умов годівлі та вмісту, а, наприклад, жирність молока під впливом зовнішніх умов змінюється дуже мало. Прояви модифікаційної мінливості кожної ознаки обмежені своєю нормою реакції. Норма реакції- Це межі, в яких можлива зміна ознаки даного генотипу. На відміну від самої модифікаційної мінливості, норма реакції успадковується, та її межі різні до різних ознак й у окремих індивідів. Найбільш вузька норма реакції характерна для ознак, які забезпечують життєво важливі якостіорганізму.

Завдяки тому, що більшість модифікацій мають пристосувальне значення, вони сприяють адаптації - пристосуванню організму в межах норми реакції до існування в умовах, що змінюються.

Спадкова (генотипова) мінливість.Цей вид мінливості пов'язаний із змінами генотипу, і ознаки, набуті внаслідок цього, передаються у спадок наступним поколінням. Існує дві форми генотипічної мінливості: комбінативна та мутаційна.

Комбінативна мінливість полягає у появі нових ознак у результаті утворення інших комбінацій генів батьків у генотипах нащадків. В основі цього виду мінливості лежить незалежна розбіжність гомологічних хромосом у першому мейотичному розподілі, випадкова зустрічгамет в однієї і тієї ж батьківської пари при заплідненні та випадковий підбір батьківських пар. Також призводить до перекомбінації генетичного матеріалу і підвищує мінливість обміну ділянками гомологічних хромосом, що відбувається в першій профазі мейозу. Таким чином, у процесі комбінативної мінливості структура генів і хромосом не змінюється, проте нові поєднання алелів призводять до утворення нових генотипів і, як наслідок, появи нащадків з новими фенотипами.

Мутаційна мінливість виявляється у появі нових якостей організму внаслідок утворення мутацій. Вперше термін «мутація» запровадив 1901 р. голландський ботанік Гуго де Фріз. Згідно сучасним уявленням мутації- це раптові природні або викликані штучно успадковані зміни генетичного матеріалу, що призводять до зміни тих чи інших ознак фенотипу і властивостей організму. Мутації мають ненаправлений, т. е. випадковий, характером і є найважливішим джерелом спадкових змін, без яких неможлива еволюція організмів. Наприкінці XVIII ст. в Америці народилася вівця з укороченими кінцівками, що дала початок новій анконській породі (рис. 95). У Швеції на початку XX ст. на звірівницькій фермі народилася нірка з платиновим забарвленням хутра. Величезне розмаїття ознак у собак та котів – це результат мутаційної мінливості. Мутації виникають стрибкоподібно, як нові якісні зміни: з остистої пшениці утворилася безоста, у дрозофіли з'явилися короткі крила і смугоподібні очі, у кроликів з природного фарбування агуті в результаті мутацій виникло біле, коричневе, чорне забарвлення.

За місцем виникнення розрізняють соматичні та генеративні мутації. Соматичні мутаціївиникають у клітинах тіла та не передаються при статевому розмноженні наступним поколінням. Прикладами таких мутацій є пігментні плями та бородавки шкіри. Генеративні мутаціїз'являються у статевих клітинах і передаються у спадок.

Мал. 95. Вівця анконської породи

За рівнем зміни генетичного матеріалу розрізняють генні, хромосомні та геномні мутації. Генні мутаціївикликають зміни в окремих генах, порушуючи порядок нуклеотидів у ланцюзі ДНК, що призводить до синтезу зміненого білка.

Хромосомні мутаціїторкаються значної ділянки хромосоми, порушуючи функціонування відразу багатьох генів. Окремий фрагмент хромосоми може подвоїтися чи загубитися, що викликає серйозні порушення у роботі організму, до загибелі ембріона на ранніх стадіях розвитку.

Геномні мутаціїпризводять до зміни числа хромосом внаслідок порушень розбіжності хромосом у поділах мейозу. Відсутність хромосоми чи наявність зайвої призводить до несприятливих наслідків. Найбільш відомим прикладомГеномною мутацією є синдром Дауна, порушення розвитку, яке виникає при появі зайвої 21-ї хромосоми. У таких людей загальне числохромосом дорівнює 47.

У найпростіших і рослин часто спостерігається збільшення числа хромосом, кратне гаплоїдному набору. Така зміна хромосомного набору має назву поліплоїдія(Мал. 96). Виникнення поліплоїдів пов'язане, зокрема, з нерозбіжністю гомологічних хромосом у мейозі, внаслідок чого у диплоїдних організмів можуть утворюватися не гаплоїдні, а диплоїдні гамети.

Мутагенні фактори.Здатність мутувати - це одна з властивостей генів, тому мутації можуть виникати у всіх організмів. Одні мутації несумісні з життям, і ембріон, що їх отримав, гине ще в утробі матері, інші викликають стійкі зміни ознак, різною мірою значущі для життєдіяльності особини. У звичайних умовах частота мутування окремого гена надзвичайно мала (10 -5), але існують фактори середовища, які значно збільшують цю величину, викликаючи незворотні порушення у структурі генів та хромосом. Чинники, вплив яких живі організми призводить до збільшення частоти мутацій, називають мутагенними чинниками чи мутагенами.

Мал. 96. Поліплоїдія. Квітки хризантеми: А – диплоїдна форма (2 n); Б – поліплоїдна форма

Усі мутагенні фактори можна поділити на три групи.

Фізичними мутагенамиє всі види іонізуючих випромінювань (?-промені, рентгенівські промені), ультрафіолетове випромінювання, висока та низька температури.

Хімічні мутагени– це аналоги нуклеїнових кислот, перекису, солі важких металів (свинцю, ртуті), азотиста кислота та деякі інші речовини. Багато з цих сполук викликають порушення редуплікації ДНК. Мутагенну дію надають речовини, що використовуються у сільському господарстві для боротьби зі шкідниками та бур'янами (пестициди та гербіциди), відходи промислових підприємств, окремі харчові барвники та консерванти, деякі лікарські препарати, компоненти тютюнового диму.

У Росії її та інших країнах світу створено спеціальні лабораторії та інститути, перевіряють на мутагенність дедалі нові синтезовані хімічні сполуки.

До групи біологічних мутагеніввідносять чужорідну ДНК та віруси, які, вбудовуючись у ДНК господаря, порушують роботу генів.

Питання для повторення та завдання

1. Які види мінливості вам відомі?

2. Що таке норма реакції?

3. Поясніть, чому фенотипічна мінливість не передається у спадок.

4. Що таке мутація? Охарактеризуйте основні властивості мутацій.

5. Наведіть класифікацію мутацій за рівнем змін спадкового матеріалу.

6. Назвіть основні групи мутагенних факторів. Наведіть приклади мутагенів, які стосуються кожної групи. Оцініть, чи є у навколишньому середовищі мутагенні фактори. До якої групи мутагенів вони належать?

Подумайте! Виконайте!

1. Як ви вважаєте, чи можуть фактори довкілля вплинути на розвиток організму, що несе летальну мутацію?

2. Чи може комбінативна мінливість виявитися у відсутності статевого процесу?

3. Обговоріть у класі, які є способи зниження дії мутагенних факторів на людину в сучасному світі.

4. Чи можете ви навести приклади модифікацій, які не мають адаптивного характеру?

5. Поясніть людині, яка не знайома з біологією, чим мутації відрізняються від модифікацій.

6. Виконайте дослідження: «Вивчення модифікаційної мінливості у учнів (на прикладі температури тіла та частоти пульсу, що періодично вимірюються протягом 3 діб)».

Робота з комп'ютером

Зверніться до електронної програми. Вивчіть матеріал та виконайте завдання.

<<< Назад

Вперед >>>

Популярне в рубриці: