Вспомните, как влияет генотип на проявления признаков. Что такое мутации? Как возникают мутации на молекулярно-генетическом уровне?
В процессе индивидуального развития некоторые признаки появляются не сразу и изменяются в течение жизни. При одном и том же генотипе могут формироваться разные фенотипы. Например, если два одинаковых по генотипу организма содержать в разных условиях, то они будут отличаться по фенотипу. Растения, выращенные из семян одного сорта и даже с одной особи, могут различаться по высоте, времени цветения, величине плодов.
Изменчивость — это способность организма изменяться в процессе индивидуального развития под воздействием различных условий среды.
Виды изменчивости. Фенотип является результатом взаимодействия генотипа с различными условиями среды. В зависимости от характера воздействующих условий изменения могут наследоваться или не наследоваться. Если изменения затрагивают лишь фенотип организма, то они не наследуются. В этом случае генотип сохраняется, а возникшие в процессе индивидуального развития изменения не передаются потомству. Если изменения затрагивают генотип организма, т. е. изменяются его гены, то такие изменения наследуются. Отсюда, выделяют два типа изменчивости — ненаследственную и наследственную.
Ненаследственная изменчивость возникает у организмов под прямым влиянием условий среды. Например, у зайца-беляка зимой при низких температурах вырастает белая шерсть, т. е. пигмент в волосах не образуется (рис. 111). Весной при повышении температуры пигмент начинает вырабатываться, и шерсть становится бурой. Такая изменчивость организмов всегда адекватна условиям среды и является приспособительной. Она способствует выживанию особей. Так, белый мех зайца-беляка позволяет ему быть незаметным для своих врагов на фоне белого снега.
Рис. 111. Ненаследственная изменчивость: 1 — изменение окраски шерсти у зайца-беляка; 2 — одуванчики, выросшие на плодородной (справа) и бедной (слева) почве
Ненаследственная изменчивость проявляется постепенно. Эти изменения проявляются у многих особей в одной группе, т. е. они — массовые. Так, все одуванчики, выросшие на плодородной почве в саду имеют большой рост и крупные соцветия, и, наоборот, на плохой почве — растения низкие с небольшими корзинками (рис. 111).
Наследственная изменчивость. В отличие от ненаследственной изменчивости наследственная изменчивость затрагивает генотип и передается по наследству. Она бывает комбинативная и мутационная.
Комбинативная изменчивость связана с появлением новых сочетаний признаков у организмов вследствие комбинации их генов. В результате у потомков появляются такие признаки, которые могли отсутствовать у их родителей. Например, таксы бывают как длинношерстные, так и короткошерстные разного окраса (рис. 112). У человека зеленый, голубой и карий цвет глаз может сочетаться со светлыми и темными волосами в разных комбинациях.
Комбинативная изменчивость определяет разнообразие особей одного вида. Она способствует появлению таких признаков, которые используются человеком при выведении новых сортов растений и пород животных.
К наследственной изменчивости относят и мутации. Вы уже познакомились с особенностью этой изменчивости на молекулярно-генетическом уровне организации жизни. Генотип любого организма подвергается воздействию внешних факторов, которые могут вызвать «ошибки» в структуре хромосом или генов. В результате происходит изменение генотипа и возникает новый признак — мутация. Разные виды мутаций встречаются у растений, животных, человека (рис. 113).
Мутации связаны не только с ошибками в редупликации ДНК и синтезе белка, но и с нарушения в хромосомах в процессе деления клетки. Иногда при воздействии химических веществ ядро клетки растений начинает делиться быстрее, чем сама клетка. В результате возникают клетки с удвоенным набором хромосом. Из них развиваются растения, отличающиеся значительно большей величиной цветков, плодов и листьев, чем экземпляры с нормальным набором хромосом (рис. 113, 2). Это имеет положительное значение как для самих растений, так и для человека при их выращивании на полях и в садах.
Мутационная изменчивость носит скачкообразный характер, отсутствует постепенность в изменении признаков организмов. Мутации индивидуальны и возникают у единичных особей. Воздействие одинаковых внешних условий вызывает у каждого организма разные мутации. Например, облучение зерновок пшеницы перед посевом рентгеновскими лучами приводит в одних случаях к образованию неполноценных колосьев, в другом случае к отсутствию колоса, в третьем случае — к формированию более крупного колоса. Таким образом, мутационная изменчивость не предсказуема. По своему значению мутации могут быть для организмов безразличными, т. е. ненужными, или полезными, но чаще всего они — вредны, т. к. снижают жизнеспособность организмов-мутантов.
Рис. 112. Наследственная комбинативная изменчивость окраски и длины шерсти у такс
Рис. 113. Наследственная мутационная изменчивость у разных организмов: 1 — дрозофила с мутацией «бескрылость» (слева — нормальная крылатая особь); 2 — сорт винограда с увеличенным набором хромосом в клетках (слева — виноград с нормальным набором хромосом); 3 — изображение мутации полидактилии (многопалости) у папы Римского Сикста II на картине Рафаэля «Сикстинская мадонна»
Итак, развитие признака у любого организма — результат взаимодействия его генотипа с внешней средой. Генотип и среда, взаимодействуя, определяют развитие фенотипа организма.
Биологическое значение наследственности и изменчивости. Наследственность и изменчивость — два противоположных свойства организма, которые составляют единое целое в природе. Наследственность реализуется в процессе размножения, а изменчивость — в процессе индивидуального развития организма. Наследственность обеспечивает стабильность организма, его наследственной программы и передачу в поколениях определенных признаков. Ее реализация основана на редупликация ДНК и поведении хромосом в мейозе. Точность этих процессов является гарантией стабильности свойств и функций организма. Таким образом, наследственность как свойство живого реализуется на всех уровнях его организации. Наследственность консервативна и направлена на сохранение признаков организма в неизменности.
Изменчивость — явление нестабильности наследственных свойств живого. Она возникает в процессе индивидуального развития организма. Ненаследственная изменчивость непрерывна. Изменения возникают в результате непосредственного влияния среды на организм. Для нее характерен ряд постепенных переходов от одной формы к другой. Биологическое значение ненаследственной изменчивости — повышение приспособительных возможностей организма и разнообразие признаков у особей, принадлежащих к одному виду.
Генотип — достаточно устойчивая и консервативная система, а процесс редупликации ДНК близок к совершенству. Стойкость гена имеет большое биологическое значение. Она обеспечивает постоянство вида и его неизменность в относительно стабильных условиях. Вместе с тем гену присуща и способность к мутациям и новым сочетаниям при половом размножении, что приводит к изменению генотипа. Наследственные изменения при этом носят непредсказуемый характер. Наследственная изменчивость прерывиста и индивидуальна. Различия между особями резко выражены, а промежуточные формы отсутствуют.
Особое значение имеет мутационная изменчивость. Она возникает случайным образом при воздействии различных факторов на генотип. Мутации не адекватны воздействию факторов, единичны и разнообразны. В природных условиях каждый отдельно взятый ген мутирует очень редко. На первый взгляд, может показаться, что изменения в генах несущественны для особи. Но в действительности у организма несколько тысяч генов. Если учесть, что мутации могут происходить в любом из них, общее число мутаций резко повышается. Мутации часто вредны, так как меняют приспособительные признаки организмов. Однако именно мутации создают резерв наследственной изменчивости и играют важную роль в процессе исторического развития органического мира на Земле.
Изменчивость, ненаследственная изменчивость, наследственная изменчивость: комбинативная, мутационная; организмы-мутанты.
1. Дайте определение изменчивости. Какими особенностями обладает ненаследственная изменчивость? 2. Когда возникает комбинативная изменчивость? 3. Чем мутационная изменчивость отличается от комбинативной? 4. Сравните два свойства организма: наследственность и изменчивость. Какое из них первично, а какое вторично? 5. У любого организма можно обнаружить признаки, типичные для его родителей. Тем не менее, даже у потомков одной родительской пары трудно найти двух абсолютно одинаковых особей, если они не являются близнецами. С чем это связано? 6. Какая из двух видов изменчивости имеет большее значение для исторического развития органического мира на Земле? Ответ обоснуйте.
Сравните между собой наследственную и ненаследственную изменчивость. Перечертите в тетрадь и заполните таблицу.
ИЗМЕНЧИВОСТЬ ОРГАНИЗМОВ
|
Признаки для сравнения |
Ненаследственная изменчивость |
Наследственная изменчивость |
|
|
комбинативная |
мутационная |
||