§ 36. Изменчивость

Вопрос 1. С каким свойством живых организмов вы познакомитесь в этом параграфе? Чем оно определяется?

Мы в этом параграфе познакомимся с таким свойством живых организмов как изменчивость. Изменчивость определяется как генотипом особи, так и условиями окружающей среды.

Вопросы: Что такое изменчивость? В какой степени она определяется факторами наследственности и среды?

Вопрос 2. Что такое наследственность? Что такое фенотип? (§ 31–32)

Наследственность – свойство организма передавать особенности строения, функционирования и развития от родителей к потомкам. Наследственность обусловлена генами.

Фенотип – совокупность всех признаков и свойств данного организма, формирующихся в процессе взаимодействия его генотипа и внешней по отношению к нему среды.

Почему потомки одних и тех же родителей различаются? Какие механизмы наследственности обеспечивают их различия? (§ 32–35)

У каждого человека свой набор генов. Он действительно состоит из частей генов матери и отца, но не идентичен им и у каждого ребёнка разный.

Уже при образовании гамет путём мейоза - в каждую из них попадают разные гены. Сначала рассмотрим без кроссинговера и предположим, что у человека одна пара хромосом. Одна ему досталась от мамы, другая от папы. Вот в одни гаметы идёт одна, а в другие - другая. Сливаются наугад. Так что у продука получается одна хромосома в паре либо от бабушки либо от дедушки по папиной линии, а другая - аналогично - по маминой. Т. о. уже имеем 4 варианта. И уже тут на механизме одних только менделирующих признаков (доминантный или рецессивный ген) видно, что братья могут оказаться в каких-то признаках не похожи ни друг на друга, ни на родителей.

Далее — у человека вообще-то 23 пары хромосом. И они распределяются по гаметам независимо. Количество вариантов возрастает на несколько порядков.

Но есть ещё кроссинговер. При образовании каждой гаметы, при каждом отдельном акте мейоза гомологичные хромосомы (от мамы и от папы) обмениваются участками. Обмениваются в более-менее определённых местах, но участков очень много и вариантов также очень много. Процесс обеспечивает очень высокое разнообразие.

И вот что интересно - хоть и получается такая смесь, но участки всё равно берутся от родителей и больше ниоткуда. Поэтому фенотип может оказаться непохожим, но по схожести генов (а точнее просто по комбинации совпадений по специфическим маркерам) можно установить наличие или отсутствие родства.

Что разнообразнее: генотипы или фенотипы родственников?

Скорее всего, фенотипы. Потому что генотип определяется только наследственностью, а фенотип зависит от генотипа и условий окружающей среды.

Вопрос 3. Могут ли быть у организма признаки, не подверженные изменчивости?

Нет. Потому что даже генотип изменяется из поколения в поколение.

Вопрос 4. Каким образом работают регуляторные механизмы, обеспечивающие смену сезонной окраски у белой куропатки, если известно, что они осуществляются также, как у зайца? (См. с. 125.) На какой фактор среды реагирует организм животного?

Способность менять мех на белый «записана» в наследственном коде (в ДНК) самой куропатки. А внешним сигнальным фактором, который запускает механизм линьки, это самый постоянный и надёжный признак зимы – короткий день. Эта изменчивость явилась закономерным результатом эволюции в условиях снежной зимы и обилия хищников: лис, вол ков, сов, хорьков, норок.

Вопрос 5. Чем отличаются эти реакции от влияния температуры на форму крыльев?

Форма крыльев у дрозофилы зависит от температуры, но их разнообразие не имеет приспособительного характера и представляет собой набор нарушений индивидуального развития.

Вопрос 6. Какие типы изменчивости существуют, в чём их различия?

Генотипическая, или наследственная, изменчивость – различия организмов, обусловленные различиями их генотипов. Источники различий в генотипе возникают в результате:

- либо полового размножения, кроссинговера и других перестроек на хромосомном уровне(комбинативная);

- либо под влиянием мутаций (мутационная изменчивость).

- либо под действием ультрафиолета, радиации (рентгеновских лучей)…

Генотипическая изменчивость передается по наследству, служит материалом для естественного отбора.

Модификационная, или ненаследственная, изменчивость – различия организмов, обусловленные влиянием факторов внешней среды, а не различиями генотипов. По наследству не передаётся, потому что при модификациях меняется только фенотип (признак), а генотип не меняется.

Примеры:

1) Можно разрезать корень одуванчика на 2 части и посадить их в разные условия; вырастут разные на вид растения, хотя генотип у них одинаковый.

2) Если человек будет находится на солнце, то он загорит; если будет заниматься физкультурой, то увеличит свои мышцы.

3) При хорошем содержании куры увеличивают яйценоскость, коровы дают больше молока.

Модификационная изменчивость не безгранична, например, белый человек никогда не сможет загореть до состояния негра. Границы, внутри которых могут происходить модификационные изменения, называются «норма реакции», они заложены в генотипе и передаются по наследству.

Вопрос 7. В чём сходство и различие комбинаций и мутаций?

Сходства.

1) Мутации и комбинации – это наследственная изменчивость (передаётся по наследству).

2) Мутации и комбинации ведут к появлению у организмов новых признаков и свойств, которых не было у родителей.

3) Мутации и комбинации стимулируют возникновение новых наследственных изменений.

4) Мутации и комбинации повышают генотипическое и фенотипическое многообразие потомства.

Отличия.

1) Мутации – изменение структуры гена, комбинации – гены и хромосомы остаются неизменными.

2) Мутации – это неопределенная изменчивость, потому что нельзя заранее определить, какая именно будет мутация. комбинация – определенная изменчивость, потому что возможно заранее предсказать.

3) Мутации могут быть как полезными, так и вредными, комбинации только повшают жизнеспособность организма.

Вопрос 8. Как селекционеры могут использовать закон гомологических рядов в наследственной изменчивости?

Генетически близкие виды и роды характеризуются сходными рядами наследственной изменчивости с такой правильностью, что, зная ряд форм в пределах одного вида, селекционеры могут предвидеть нахождение параллельных форм у других видов и родов.

Вопрос 9. Всегда ли модификации имеют приспособительный характер?

Модификации – это фенотипическое выражение вида в изменяющихся условиях среды, при этом наследуются не признаки и свойства, а способность изменяться соответствующим образом при определенных условиях среды. В связи с этим модификации носят приспособительный характер (белокачанная капуста в жарких странах не образует кочана). С течением времени модификации могут стать наследственными.

Вопрос 10. Можно ли сказать, что в генотипе однозначно предопределены все свойства будущего организма?

Нет. Генотип предусматривает разные варианты своего фенотипического выражения в различных условиях жизни.

Вопрос 11. Какой тип изменчивости должен играть ведущую роль у видов с бесполым и с половым размножением?

При половом размножении должна играть ведущую роль комбинативная изменчивость (т.е.изменчивость, связанная с независимым комбинированием генов при мейозе и оплодотворении). Таким образом, повышается ЯФ изменчивость организма, но в то же время поддержтвается преемстенность поколений.

При бесполом – модификационная и мутационная. Т.к. при бесполом размножении дочерние организмы имеют идентичный материнскому генотип, они должны изменяться в соответсвии с меняющимися условиями окружающей среды и приспосабливаться к ней.

Вопрос 12. Используя Интернет, найдите примеры мутаций и модификаций у живых организмов.

Примеры модификаций.

У человека. Увеличение уровня эритроцитов при подъёме в горы. Увеличение пигментации кожи при интенсивном воздействии ультрафиолетовых лучей. Развитие костно-мышечной системы в результате тренировок. Шрамы (пример морфоза).

У насекомых и других животных. Изменение окраски у колорадского жука вследствие длительного влияния на их куколки высоких или низких температур. Смена окраски шерсти у некоторых млекопитающих при изменении погодных условий (например, у зайца). Различная окраска бабочек-нимфалид (например, Araschnia levana), развивавшихся при разной температуре.

У растений. Различное строение подводных и надводных листьев у водяного лютика, стрелолиста и др. Развитие низкорослых форм из семян равнинных растений, выращенных в горах.

У бактерий. Работа генов лактозного оперона кишечной палочки (при отсутствии глюкозы и при присутствии лактозы они синтезируют ферменты для переработки этого углевода).

Примеры мутаций.

У человека. Заболевания, связанные с синдромами Клайнфельтера или Тернера-Шерешевского, Дауна, Эдвардса, Патау. Серповидноклеточная анемия (генная мутация).

У растений. полиплоиды растений в сельском хозяйстве.

У насекомых. У дрозофилы известны мутационные изменения формы крыльев (вплоть до полного их исчезновения), окраски тела, развития щетинок на теле, формы глаз, их окраски (красные, желтые, белые, вишнёвого цвета и т. п.).

Вопрос 13. МОИ БИОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

Возьмите по 20 экземпляров натуральных объектов (семена фасоли, подсолнечника, клубни картофеля, колосья пшеницы и т.п.). Измерьте их размеры и занесите данные в таблицу, начертив её в тетради. Постройте в тетради столбчатую диаграмму, отражающую изменчивость размеров изучаемых объектов. Определите наиболее часто встречающийся вариант, пределы изменчивости признака. Предположите, какова причина изменчивости данного признака.

Изучение изменчивости растений

При измерении семян подсолнечника (белых, длинных) были получены следующие результаты: 22; 24; 21; 20; 25; 23; 21; 19; 22; 17; 23; 18; 19; 22; 24; 22; 26; 17; 22 и 23 мм. Наиболее часто встречающийся вариант – 22 мм. Пределы изменчивости признака – от 17 до 26 мм.

При измерении семян фасоли были получены следующие результаты: 13, 12, 13, 12, 15, 14, 12, 14, 14, 13, 15, 11, 14, 14, 14, 13, 14, 13, 15 и 13 мм. Наиболее часто встречающиеся вариант – 13 и 14 мм. Пределы изменчивости признака – от 12 до 15 мм.

Причина изменчивости признаков — результат разных условий развития семян на растениях; генотип их одинаков.