Полиплоидные сорта свеклы модификационная изменчивость

Добавил пользователь Alex
Обновлено: 21.09.2024

17. Границы фенотипической изменчивости называются:
а) Вариационным рядом б) Вариационной кривой в) Нормой реакции г) Модификацией
18. Поворот участка хромосомы на 180° называется…
а) Транслокация б) Дупликация в) Делеция г) Инверсия

19. Изменчивость, которая не затрагивает гены организма и не изменяет наследственный

материал, называется…
а) Генотипической изменчивостью б) Комбинативной изменчивостью
в) Мутационной изменчивостью г) Фенотипической изменчивостью

20. Мутации, которые происходят в половых клетках называются…
а) Соматическими б) Генеративными в) Полезными г) Генными

21. Выпадение четырех нуклеотидов в ДНК – это:

а) генная мутация; б) хромосомная мутация; в) геномная мутация.

22. Норма реакции признака:

а) передается по наследству; б) зависит от окружающей среды; в) формируется в онтогенезе.

Задание 2.

Выберите три верных ответа из шести.

1. Мутации в отличие от модификаций:

а) наследуются б) не наследуются

в) возникают случайно г) соответствуют воздействию внешней среды

д) возникают под воздействием радиации е) всегда являются доминантными

2. Соматические мутации:

а) Проявляются у организмов, у которых возникли; б) По наследству не передаются;

в) Проявляются у потомства; г) Возникают в клетках тела;

д) Могут передаваться по наследству; е) Возникают в гаметах.

Здание 3.

Установите соответствие:

Между видами изменчивости и их характеристикой.

Характеристика: Вид изменчивости:

Носит групповой характер. А) модификационная;
Носит индивидуальный характер. Б) мутационная.
Наследуется.
Не наследуется.
Обусловлена нормой реакции организма.
Неадекватна изменениям условий среды.

Задание 4.

Определите верное и неверное суждение:

1. Синдром Дауна вызывается хромосомной мутацией.

2. Генные и точечные мутации – это синонимы.

3. Изменения признаков, вызванные факторами внешней среды, не наследуются.

4. Мутации, несовместимые с жизнью, называют летальными.

5. Мутации в соматических клетках передаются по наследству.

6. Источником комбинативной изменчивости является мейоз.

7. Полиплоидия вызывается хромосомной мутацией.

8. Модификационная изменчивость – изменение генотипа в пределах нормы реакции.

9. Набор половых хромосом самца любого вида животных обозначается как ХУ.

10. У-хромосома содержит все гены, аллельные генам Х-хромосомы.

11. Признаки, сцепленные с Х-хромосомой, проявляются у мужчин независимо от их доминантности или рецессивности.

12. Женщина, носительница гена гемофилии с вероятностью в 50% - передает этот ген своим детям.

13. Сын носительницы имеет 100% вероятность заболеть гемофилией.

Проверочная тестовая работа

по теме: Основы учения о наследственности и изменчивости

Вариант № 2

1. Наука, изучающая наследственность и изменчивость:

а) цитология б) селекция в) генетика г) эмбриология

2. Способность организмов передавать свои признаки и гены от родителей к потомкам

называется:

а) генетика б) изменчивость в) селекция г) наследственность

3. Половые клетки у большинства животных, человека являются

а) Полиплоидными б) Диплоидными в) Гаплоидными г) Тетраплоидными

4. Единица наследственной информации – это:

а) Генотип б) Фенотип в) Ген г) Белок

5. Генотип:

а) Совокупность всех генов особи б) Совокупность всех признаков организмов

в) Всегда полностью совпадает с фенотипом г) Определяет пределы нормы реакции организма

6. Муж и жена имеют ямочки на щеках, а их дети нет. Доминантный или рецессивный признак

наличия ямочек на щеках:

а) доминантный б) рецессивный в) сцепленный с полом г) сцепленный

7. Особи, в потомстве которых обнаруживается расщепление признака называются:

а) гибридными б) гомозиготными; в) гетерозиготными г) гемизиготными

8. Признак, который НЕ проявляется в гибридном поколении называют:

а) доминантный б) рецессивный в) промежуточный г) мутантным

9. Какая часть особей с рецессивным признаком проявится в первом поколении при скрещивании

двух гетерозиготных по данному признаку родителей?

а) 75% б) 50% в) 25% г) 0%

10. При скрещивании особей с генотипами Аа и Аа (при условии полного доминирования)

наблюдается расщепление в потомстве по фенотипу в соотношении

а) 1:1 б) 3:1 в) 9:3:3:1 г) 1:2:1

11. Третий закон Менделя:

а) Описывает моногибридное скрещивание

б) Это закон независимого наследования признаков

в) Утверждает, что каждая пара признаков наследуется независимо от других

г) Утверждает, что при дигибридном скрещивании в F₂ наблюдается расщепление по генотипу 9:3:3:1

12. Наследование признаков, определяемых, локализованными в половых хромосомах

называется:

а) дигибридным б) сцепленным в) моногибридным г) сцепленным с полом

13. Какая хромосома будет иметь решающее значение при определении женского пола у птиц?

а) Х-хромосома сперматозоида б) Y-хромосома сперматозоида

в) Х-хромосома яйцеклетки г) Y-хромосома яйцеклетки

14. Особь с генотипом АаВв дает гаметы:

а) АВ, Ав, аВ, ав б) АВ, ав в) Ав, аВ г) Аа, Вв, АА, ВВ

15. Хромосомный набор половых клеток мужчин содержит:

а) Одну Х – хромосому и одну У – хромосому б) 22 аутосомы и одну Х или У хромосому

в) 44 аутосомы и ХУ – хромосомы г) 44 аутосомы, одну Х или У – хромосомы

16. Мутации могут быть обусловлены

а) новым сочетанием хромосом в результате слияния гамет

б) перекрестом хромосом в ходе мейоза

в) новыми сочетаниями генов в результате оплодотворения

г) изменениями генов и хромосом

17. Потеря участка хромосомы называется…
а) Делеция б) Дупликация в) Инверсия г) Транслокация
18. Синдром Шерешевского-Тернера может возникнуть в результате…
а) Полиплоидии б) Полисомии в) Трисомии г) Моносомии

19. Укажите направленную изменчивость:
а) Комбинативная изменчивость б) Мутационная изменчивость
в) Соотносительная изменчивость г) Модификационная изменчивость
20. Кроссинговер – это механизм…
а) Комбинативной изменчивости б) Мутационной изменчивости
в) Фенотипической изменчивости г) Модификационной изменчивости

21. Ненаследственную изменчивость называют:

а) неопределенной; б) определенной; в) генотипической.

22.Полиплоидные организмы возникают в результате:

а) геномных мутаций; б) генных мутаций;

в) модификационной изменчивости; г) комбинативной изменчивости.

Задание 2.

Выберите три верных ответа из шести.

1.Мутациями являются:

а) позеленение клубней картофеля на свету б) брахидактилия

в) синдром Дауна г) искревление ствола сосны, растущей в трещине скалы

д) превращение головастика в лягушку е) возникновение белых глаз у дрозофилы

2. Норма реакции у организмов:

а) определяется совокупностью генов;

б) разная для разных признаков;

в) существует непродолжительное время и может меняться;

г) позволяет им приспосабливаться к условиям существования;

д) одинаковая у разных признаков одного организма;

е) определяется условиями среды.

Задание 3.

Установите соответствие:

Между видами мутаций и их характеристиками.

Характеристика: Виды мутаций:

Число хромосом увеличилось на 1-2. А) генные;
Один нуклеотид ДНК заменяется на другой. Б) хромосомные;
Участок одной хромосомы перенесен на другую. В) геномные.
Произошло выпадение участка хромосомы.
Участок хромосомы повернут на 180°.
Произошло кратное увеличение числа хромосом.

Задание 4. Выберите неправильные утверждения.

В каждый организм заложена возможность приспосабливаться к условиям окружающей среды — это и есть модификационная изменчивость. Именно благодаря модификациям возможна жизнедеятельность живых существ.

Без способности к адаптациям малейшие изменения в показателях температуры, питания, освещенности, поставили бы целые виды на грань исчезновения.

Что такое модификационная (фенотипическая) изменчивость

Модификационная изменчивость сложилась в результате эволюции, как реакция организма на перемены в условиях существования.

Отличительной особенностью модификаций является то, что изменения происходят в границах фенотипа, т. е. набора внешних и внутренних особенностей организма, которые появились в ходе его развития. Поэтому в литературе встречается равнозначное наименование фенотипическая изменчивость.

Воздействие на живую клетку неизменно приводит к ответной реакции. Реагируя на внешний раздражитель, клетки направляют сигналы к генам, что приводит к изменениям в синтезе белков, отвечающих за физиологию организма. Тем не менее перемены, происходящие в фенотипе, имеют предел, который называется нормой реакции.

В зависимости от того, в какой степени изменяется тот или иной признак фенотипа, в биологии различают следующие нормы реакции:

Широкая – признак характеризуется большой степенью изменчивости. Чаще всего он проявляется в количественном значении.
Узкая – под воздействием окружающей среды признак изменяется незначительно и обычно имеет качественный характер.

Варианты развития модификации организма, расположенные по возрастанию или убыванию, образуют вариационный ряд. Связь между признаком фенотипа и частотой его проявления наглядно отражает график в виде кривой.

Эти статистические методы необходимы в важных сферах деятельности человека: сельском хозяйстве, медицине, промышленности. Вариационная кривая позволяет выявить закономерности фенотипической изменчивости, границы норм реакции, спрогнозировать значения показателей.

Примеры модификационной изменчивости

Модификационные изменения организма – ответ на перемены в условиях существования.

Рацион питания, температура окружающей среды, уровень влажности и освещенности – от этих и многих других факторов зависит внешний вид организма, поведение его клеток.

Примеры в различиях фенотипа доступны на каждом шагу – одуванчик, выросший в поле, отличается от одуванчика, выросшего в горах, высотой стебля, расположением листьев, развитостью корневой системы.

Другой пример – растения одного вида будут различаться размерами в зависимости от уровня освещенности и количества питательных элементов в почве. В зависимости от температуры, изменяется окраска шерсти некоторых животных.

Фенотипические изменения можно наблюдать и у человека. Наиболее ярким примером служит загар, возникающий в виде защитной реакции на воздействие ультрафиолета.

У жителей северных стран смуглый цвет кожи – временное явление, что говорит об адаптивном характере данной модификации. Частые физические нагрузки также ведут к изменению в фенотипе – укрепляются мышцы и кости организма.

Не все модификационные изменения проявляются внешне, порой они происходят только на клеточном уровне. В условиях разреженного воздуха организм человека, стремясь поддержать жизнедеятельность, увеличивает уровень эритроцитов в крови, которые доставляют кислород к органам и тканям.

Это явление наблюдается при подъеме в горы. Поэтому альпинисты уделяют особое внимание адаптации к резко изменившимся условиям окружающей среды.

Свойства модификационной изменчивости

Модификационная наследственность не наследуется. Её проявления носят временный характер. Изменение генотипа при этом не происходит – гены, которые передаются потомкам, не затрагиваются.

Особи одного вида, помещенные в одинаковые условия, будут иметь схожие перемены в фенотипе, что говорит о групповом характере модификационной изменчивости.

Обычно модификации не сохраняются надолго и исчезают при возвращении к исходным условиям. Этими признаками определяется закономерность и предсказуемость изменений.

Полезна или вредна модификационная изменчивость? Здесь ответ простой модификации помогают организму адаптироваться к перемене окружающих условий, а значит выжить.

Отличие мутационной от модификационной изменчивости

Мутация, как и модификация, ведет к изменению организма, однако происходит это благодаря изменениям в наследственном материале, путем перестройки генов, хромосом, генома.

Особь, подвергнутая мутациям, остается такой до конца жизни, и в дальнейшем передает ген с мутацией своим потомкам.

Воздействие радиации, химических веществ, изменение температурного режима – частые причины возникновения мутаций. Их появление спонтанно – под воздействием одного и того же фактора появившиеся признаки с большой вероятностью будут различны.

В то же время мутация – важнейший двигатель эволюции, поскольку в ходе естественного отбора свой род продолжают лишь носители полезных изменений, которые обеспечивают им конкурентное преимущество.

Модификации и их характеристики

Изменения фенотипа возникают по различным причинам, а степень их проявления зависит от интенсивности воздействия факторов окружающей среды.

Классифицировать виды модификационной изменчивости можно следующим образом:

Возрастные – изменения происходят в результате жизненного цикла организма. Особенно ярко проявляются у организмов, которые в ходе развития претерпевают метаморфозы – земноводные проводят часть жизни в виде головастиков, насекомые – в виде личинок, и лишь затем они принимают облик взрослой особи.
Сезонные изменения тесно связаны с изменениями температурного режима. Так, к примеру, зимой у некоторых животных изменяется цвет шерсти – это пигменты волос реагируют на холод.
Экологические – возникают в ответ на изменившиеся условия окружающей среды. Модификации этого вида могут сохраняться на протяжении всей жизни организма, если продолжится воздействие факторов, вызвавших изменение фенотипа.

Стоит отметить: подобное деление достаточно условно, поскольку фенотип нередко формируется как совокупность всех изменений.

Медицинское значение фенотипической изменчивости

Как и все живое, человек подвержен модификационным изменениям. Знание закономерностей этого процесса и пределов нормы реакции важно для медицины, чья деятельность направлена на обеспечение здорового развития человеческого организма.

Анализ вариационных рядов и кривых позволяет охарактеризовать нормальное состояние здоровья, а также выявить значения, при которых происходит отклонение от нормы.

Из данного урока вы узнаете, что в результате изменения окружающей среды организмам свойственно изменяться фенотипически. Изучите такое понятие, как модификационная изменчивость. Узнаете о том, что фенотип организма формируется в результате взаимодействия генотипа и среды, а сам организм наследует не признак как таковой, а норму реакции. Научитесь описывать модификационную изменчивость любого признака количественно. В данном уроке приводятся следующие понятия: гетерофилия, модификация, норма реакции, определённая групповая модификация

В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам

Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобретя в каталоге.

Получите невероятные возможности

Конспект урока "Модификационная изменчивость. Норма реакции"

Живым организмам в следствии каких-либо изменений окружающей среды либо изменений образа жизни свойственно изменяться. Такие изменения чаще все имеют приспособительный характер. Даже защитный.

Например, у человека в результате действия ультрафиолетовых лучей, образуется – загар (усиление пигментации кожи), это защитное свойство организма.

А когда действие ультрафиолетовых лучей прекращается загар постепенно исчезает. В таком случает происходит изменение цвета кожи человека.

Приведем пример других приспособительных изменений. У водного растения стрелолиста, наблюдается гетерофиллия, то есть у него разные по форме листья стреловидные и лентовидные.

У экземпляров, которые растут у кромки воды, то есть на самом берегу водоёма, листья приобрели стреловидную форму. У экземпляров, растущих на глубине 1,5 и более метров, листья имеют только лентовидную форму. Считается что лентовидные подводные листья лучше усваивают растворенный в воде углекислый газ. А вот если стрелолист растет частично погруженным, то его листья имеют и лентовидную и стреловидную форму.

Если исследовать оба экземпляра, один который растет под водой и один надводный, то можно обнаружить, что генотипы их одинаковые, а различны лишь их фенотипические признаки, то есть внешние (фенотип).

Давайте вспомним уже изученные вами определения.

Генотип — совокупность генов организма.

Фенотип — это совокупность внешних и внутренних признаков организма, которые были им приобретены в результате развития.

А вот еще один пример внешней изменчивости.

У потомства двух белых кроликов, выращенных в нормальных условиях, появится "гималайская", окраска, то есть и черная, и белая.

Таким образом можно сделать вывод что модификация окраски потомству не передается; у потомков формируется (или не формируется) пигментация соответственно температуре их содержания.

Такая изменчивость признаков, которая происходит из-за действия внешней среды и не передаётся по наследству, называется модификационной или фенотипической изменчивостью.

Модификациями называют изменения фенотипа, вызванные под влиянием окружающей среды и не связанные с изменениями генотипа. А вид изменчивости называется модификационный. Мы сказали, что такая изменчивость не предаётся по наследству.

Действительно, если родители на протяжении нескольких поколений тренируются и поднимают тяжести, обладают развитой мускулатурой. То такое развитие не передастся следующему поколению. Потому как тренировка — это и есть то воздействие среды, которое влияет на развитие внешнего признака (в данном случае мускулатуры), но никак не влияет на генотип.

Приведём еще один пример модификационной изменчивости человека.

При подъеме в гору, увеличивается уровень эритроцитов в крови. Это явление объясняется тем, что главная функция эритроцитов — это перенос кислорода от легких к тканям и углекислого газа от тканей к легким.

Увеличение высоты над уровнем моря сопровождается снижением концентрации кислорода в атмосфере, что приводит к недостатку его в тканях. Поэтому потребность в кислороде заставляет человека и животных реагировать путём изменения числа эритроцитов на разных высотах.

Такая реакция может быть обратима: например, если переехать в место, расположенное на уровне моря, то количество эритроцитов в крови снижается.

Ещё один пример модификационной изменчивости. Как вы знаете при частых тренировках развивается мышечная система. А при малоподвижном образе жизни и обильном питании, увеличивается объем подкожно-жировой клетчатки и человек становиться полным.

А вот, у бабочки траурницы, при воздействии низких температур на её куколку, темнеет общий фон, и тускнеют голубые пятна на крыльях.

То есть при изменении условий окружающей среды, организмы начинают изменяться.

Итак, какие же факторы могут повлиять на модификационную изменчивость? Чаще всего климатические факторы внешней среды: освещённость, температура, влажность, давление, концентрация кислорода и углекислого газа в воздухе и другие.

Влияние условий окружающей среды на индивидуальное развитие организмов было доказано французским ботаником Гастоном Боннье.

Он разделил несколько экземпляров корней одуванчика на две равные части.

Затем одну из этих частей высадили в долине, другую − в высокогорных условиях Альп. Результаты опытов показали, что данные растения имели значительные различия по многим признакам.

Одуванчик, выросший в горных условиях, был приземистый, имел прикорневые листья и глубокие корни. А одуванчик, выросший в долине, имел высокие цветоносы, более крупные листья и поверхностную корневую систему.

Сильные ветры, значительно укороченный вегетационный сезон, сниженное содержание углекислоты в воздухе, низкие температуры и другие.

Таким образом, биолог Гастон Бонье сделал вывод о влиянии окружающей среды на внешние признаки растений.

Иногда модификационную изменчивость называют ненаследственной, что нельзя считать правильным, так как в данном случае наследуется не само изменение признака, а способность к изменению.

Например, окраска шерсти гималайского кролика, может быть либо чёрный, либо белый в зависимости от температуры, но никак не рыжей. Фенотип организма формируется в результате взаимодействия генотипа и среды.

Каким образом это происходит?

Например, комнатное растение примула при температуре 20°С имеет красную окраску цветков. Если увеличить влажность и повысить температуру до 35°С, то действие генов, отвечающих за окраску, подавляется, и цветки станут белыми. То есть, влажность и температура, действуют на ген, отвечающий за окрас, и изменяют его работу.

Семена, собранные от растений с красными и белыми цветками, дадут потомство в зависимости от условий среды. То есть, наследуется не признак (окраска цветка), а тип биохимической реакции на условия внешней среды. В данном случае реакции в пигментах цветка.

Возникновение модификаций связано с воздействием условий среды на ферментативные реакции, протекающие в организме.

Таким образом, факторы окружающей среды способны регулировать изменение работы генов. На основе которых строятся белки. А они в совою очередь изменяют деятельность клеток, которые отвечают за какие-либо признаки.

Модификационная изменчивость у человека действует на вес, физические способности. У животных способна изменять окрас покрова, массу тела, а у растений стеблевое строение и развитие.

Однако, эти изменения происходят в определённых пределах. Пределы модификационной изменчивости какого-либо признака, называют нормой реакции. Организм наследует не признак как таковой, а норму реакции.

Например, у рогатого скота удой во многом зависит от кормления и ухода, то есть от условий содержания. Хорошо известно, что удой можно повысить благодаря правильному подбору кормов нужного качества и количества. Однако, количество вырабатываемого молока коровами, будет всегда находиться в каких-то определённых приделах от самого маленького до самого большого удоя. Например, у коровы, количество вырабатываемого молока колеблется от 6 до 12 литров в сутки. То есть не более и не менее этого значения.

Норма реакции определяется генетически и наследуется.

Она имеет пределы или границы для каждого биологического вида (нижний и верхний).

Для разных признаков пределы нормы реакции сильно различаются. Например, широкие пределы нормы реакции имеет величина удоя, а узкие пределы — интенсивность окраски большинства животных.

Модификационную изменчивость любого признака можно описать количественно с помощью методов вариационной статистики и представить в виде графиков и таблиц. Но изначально создают вариационный ряд и строят на его основе вариационную кривую.

Давайте посмотрим, как это происходит.

Если измерить длину и ширину листьев, взятых у одного дерева, то можно обнаружить что размеры их варьируют в довольно широких пределах. Они разные, но генотип их одинаков.

Затем расположить эти листья в порядке возрастания (например, длины), то получится ряд изменчивости, который как мы уже сказали называют вариационный ряд. Он состоит из отдельных вариант.

В нашем случае вариантами являются только 6 значений. Варианта, следовательно, и есть единичное выражение развития признака.

Определим частоту встречаемости разных вариант.

Мы измерили длину каждого листа. Занесём в таблицу наши измерения.

Итак, 1 лист имел длину 43 мм; 1- 45 мм; 2 листа 48 мм; 6 листов имели длину 53 мм; 3 – 56 мм и 1 лист 58 мм.

Обнаружили, что чаще всего встречаются варианты со средним значением длинны, реже с большей или меньшей длинной.

Также модификационную изменчивость данного признака можно представить в виде графика.

Причина такого распределения вариант в вариационном ряду опять же внешняя среда и реакция на неё, организма.

Таким образом, чем однообразнее условия развития, тем меньше выражена модификационная изменчивость, тем короче будет вариационный ряд. А чем разнообразнее условия среды, тем шире модификационная изменчивость. Также изменчивость вариаций зависит и от генотипа.

Она выражается в том, что один и тот же фактор вызывает примерно одинаковые изменения у особей, сходных генотипически. Поэтому модификационную изменчивость называют групповой.

Например, при перемещении овец в более холодные условия у всех особей шерсть становится более густой.

Изменчивость организмов проявляется в разнообразии особей (одного вида, породы или сорта), отличающихся друг от друга по комплексу признаков, свойств и качеств. Причины тому могут быть разными. В одних случаях данные различия (при одинаковых генотипах у организмов) определяются условиями среды, в которых происходит развитие особей. В других — различия обусловлены неодинаковыми генотипами организмов. На основании этого выделяют два типа изменчивости: ненаследственную (модификационную, фенотипическую) и наследственную (генотипическую).

Модификационная (фенотипическая) изменчивость заключается в том, что под действием разных условий внешней среды у организмов одного вида, генотипически одинаковых, наблюдается изменение признаков (фенотипа). Изменения эти индивидуальны и не наследуются, т. е. не передаются особям следующих поколений. Рассмотрим проявление подобной закономерности на нескольких примерах.

В одном из опытов корневище одуванчика разрезали вдоль острой бритвой и высадили половинки в разных условиях — в низине и в горах. К концу сезона из этих проростков выросли совершенно не похожие друг на друга растения. Первое из них (в низине) было высоким, с большими листьями и крупным цветком. Второе, выросшее в горах, в суровых условиях, оказалось низкорослым, с мелкими листьями и цветком.

Генотип у этих двух растений абсолютно идентичен (ведь они выросли из половинок одного корневища), но их фенотипы существенно различались в результате разных условий произрастания. Потомки этих двух растений, выращенные в одинаковых условиях, ничем не отличались друг от друга. Следовательно, фенотипические изменения не наследуются.

Биологическое значение модификационной изменчивости заключается в обеспечении индивидуальной приспособляемости организма к различным условиям внешней среды.

Изменения фенотипа под воздействием условий внешней среды могут происходить не беспредельно, а только в ограниченном диапазоне (широком или узком), который обусловлен генотипом. Диапазон, в пределах которого признак может изменяться, носит название нормы реакции. Так, например, признаки у коров, учитываемые в животноводстве, — удойность (т. е. количество вырабатываемого молока) и жирность молока — могут изменяться, но в разных пределах. В зависимости от условий содержания и кормления животных удойность варьируется существенно (от стаканов до нескольких ведер в сутки). В данном случае говорят о широкой норме реакции. А вот жирность молока очень незначительно колеблется в зависимости от условий содержания (всего на сотые доли процента), т. е. этот признак характеризуется узкой нормой реакции.

Итак, условия внешней среды обусловливают изменения признака в пределах нормы реакции. Границы же последней продиктованы генотипом. Следовательно, изменения самой нормы реакции могут произойти только в результате изменения генотипа (т. е. в результате генотипической изменчивости).

Наследственная (генотипическая) изменчивость

В данном случае происходит изменение генотипа и, как результат, меняются признаки (или их комбинации). Новые признаки наследуются, т. е. передаются последующим поколениям организмов.

Выделяют две формы наследственной изменчивости ― комбинативную и мутационную. При комбинативной сами гены не меняются, другим становится лишь их сочетание. При этой форме изменчивости имеющиеся признаки комбинируются (в ряду поколений особей) по-разному, что создает большое разнообразие организмов. Комбинативная изменчивость осуществляется в процессе полового размножения.

Существует три ее источника:

при независимом расхождении хромосом в ходе мейоза образуются гаметы с разными сочетаниями генов, т. е. разнокачественные гаметы;
сочетания при оплодотворении гамет разных типов (по комплексу генов) равновероятны, что обеспечивает формирование разнокачественных зигот, из которых разовьются различающиеся между собой особи;
за счет процесса кроссинговера повышается разнообразие гамет в результате перекомбинации генов в ходе мейоза между гомологичными хромосомами.

Это обеспечивает новые сочетания генов при образовании гамет, а, следовательно, и появление особей с иными сочетаниями признаков, т. е. увеличивается разнообразие особей данного вида.

Мутационная изменчивость

Выделяют три формы мутационной изменчивости:

1. генные мутации, когда происходят изменения в самих генах — в составе и последовательности нуклеотидов;

2. хромосомные мутации: изменения осуществляются на уровне хромосомы — утрата (отрыв и потеря) ее участка, присоединение к хромосоме участка, оторвавшегося от другого, и т. д.;

3. геномные мутации — изменения в числе хромосом у данного организма: либо в кратное число раз гаплоидному набору хромосом — 3n, 4n, 5n и т. д. — это полиплоидия, либо на одну или несколько хромосом в наборе — (2n + 1), (2n – 1), (2n + 2), (2n – 2) и т. д. — гетероплоидия (анеуплоидия).

Сравнительная характеристика форм изменчивости

Формы изменчивости

Причины появления

Значение

Примеры

Ненаследственная модификационная (фенотипическая)

Изменение условий среды, в результате чего организм изменяется в пределах нормы реакции, заданной генотипом

Адаптация — приспособление к данным условиям среды, выживание, сохранение потомства

Белокочанная капуста в условиях жаркого климата не образует кочана. Породы лошадей и коров, завезенных в горы, становятся низкорослыми

Наследственная (генотипическая)
Мутационная

Влияние внешних и внутренних мутагенных факторов, в результате чего происходит изменение в генах и хромосомах

Материал для естественного и искусственного отбора, так как мутации могут быть полезные, вредные и безразличные, доминантные и рецессивные

Появление полиплоидных форм в популяции растений или у некоторых животных (насекомых, рыб) приводит к их репродуктивной изоляции и образованию новых видов, родов — микроэволюции

Наследственная (генотипическая)

Комбинатнвная

Возникает стихийно в рамках популяции при скрещивании, когда у потомков появляются новые комбинации генов

Распространение в популяции новых наследственных изменений, которые служат материалом для отбора

Появление розовых цветков при скрещивании белоцветковой и красноцветковой примул. При скрещивании белого и серого кроликов может появиться черное потомство

Наследственная (генотипическая)

Соотносительная (коррелятивная)

Возникает в результате свойства генов влиять на формирование не одного, а двух и более признаков

Постоянство взаимосвязанных признаков, целостность организма как системы

Длинноногие животные имеют длинную шею. У столовых сортов свеклы согласованно изменяется окраска корнеплода, черешков и жилок листа

Содержание

Условная классификация модификационной изменчивости

По изменяющимся признакам организма:

морфологические изменения
физиологические и биохимические адаптации — гомеостаз (повышение уровня эритроцитов в горах и т. д.)

узкая (более характерна для качественных признаков)
широкая (более характерна для количественных признаков)

модификации (полезные для организма — проявляются как приспособительная реакция на условия окружающей среды)

морфозы (ненаследственные изменения фенотипа под влиянием экстремальных факторов окружающей среды или модификации, возникающие как выражение вновь возникших мутаций, не имеющие приспособительного характера)

фенокопии (различные ненаследственные изменения, копирующие проявление различных мутаций)— разновидность морфозов

есть лишь у особи или группы особей, которые подверглись влиянию окружающей среды (не наследуются)
длительные модификации — сохраняются на два-три поколения

Механизм модификационной изменчивости

Окружающая среда как причина модификаций

Модификационная изменчивость — это результат не изменений генотипа, а его реакции на условия окружающей среды. При модификационной изменчивости наследственный материал не изменяется, — изменяется проявление генов.

Под действием определенных условий окружающей среды на организм изменяется течение ферментативных реакций (активность ферментов) и может происходить синтез специализированных ферментов, некоторые из которых (MAP-киназа и др.) ответственны за регуляцию транскрипции генов, зависящую от изменений окружающей среды. Таким образом, факторы окружающей среды способны регулировать экспрессию генов, то есть интенсивность выработки ими специфических белков, функции которых отвечают специфическим факторам окружающей среды.

Например, за выработку меланина ответственны четыре гена, которые находятся в разных хромосомах. Наибольшее количество доминантных аллелей этих генов — 8 — содержится у людей негроидной расы. При воздействии специфической окружающей среды, например, интенсивного воздействия ультрафиолетовых лучей, происходит разрушение клеток эпидермиса, что приводит к выделению эндотелина-1 и эйкозаноидов. Они вызывают активацию фермента тирозиназы и его биосинтез. Тирозиназа, в свою очередь, катализирует окисление аминокислоты тирозина. Дальнейшее образование меланина проходит без участия ферментов, однако большее количество фермента обуславливает более интенсивную пигментацию.

Норма реакции

Предел проявления модификационной изменчивости организма при неизменном генотипе — норма реакции. Норма реакции обусловлена генотипом и различается у разных особей данного вида. Фактически норма реакции — спектр возможных уровней экспрессии генов, из которого выбирается уровень экспрессии, наиболее подходящий для данных условий окружающей среды. Норма реакции имеет пределы или границы для каждого биологического вида (нижний и верхний) — например, усиленное кормление приведет к увеличению массы животного, однако она будет находиться в пределах нормы реакции, характерной для данного вида или породы. Норма реакции генетически детерминирована и наследуется. Для разных признаков пределы нормы реакции сильно различаются. Например, широкие пределы нормы реакции имеют величина удоя, продуктивность злаков и многие другие количественные признаки), узкие пределы — интенсивность окраски большинства животных и многие другие качественные признаки.

Тем не менее, для некоторых количественных признаков характерна узкая норма реакции (жирность молока, число пальцев на ногах у морских свинок), а для некоторых качественных признаков — широкая (например, сезонные изменения окраски у многих видов животных северных широт). Кроме того, граница между количественными и качественными признаками иногда весьма условна.

Характеристика модификационной изменчивости

обратимость — изменения исчезают при смене специфических условий окружающей среды, спровоцировавших их
групповой характер
изменения в фенотипе не наследуются, наследуется норма реакции генотипа
статистическая закономерность вариационных рядов
затрагивает фенотип, при этом не затрагивая сам генотип.

Анализ и закономерности модификационной изменчивости

Вариационный ряд

Ранжированное отображение проявления модификационной изменчивости — вариационный ряд — ряд модификационной изменчивости свойства организма, который состоит из отдельных свойств видоизменений, размещенных в порядке увеличения или уменьшения количественного выражения свойства (размеры листка, изменение интенсивности окраски шерсти и т. д.). Единичный показатель соотношения двух факторов в вариационном ряде (например, длина шерсти и интенсивность ее пигментации) называется варианта. Например, пшеница, растущая на одном поле, может сильно отличаться количеством колосьев и колосков в силу различных показателей почвы, увлажненности на поле. Составив число колосков в одном колосе и количество колосьев, можно получить вариационный ряд в статистической форме:

Вариационный ряд модификационной изменчивости пшеницы

Число колосков в одном колосе	14	15	16	17	18	19	20
Количество колосьев пшеницы	2	7	22	32	24	8	5

Вариационная кривая

Графическое отображение проявления модификационной изменчивости — вариационная кривая — отображает как диапазон вариации свойства, так и частоту отдельных вариант. Из кривой видно, что наиболее распространены средние варианты проявления признака (закон Кетле). Причиной этого, по-видимому, является действие факторов окружающей среды на ход онтогенеза. Некоторые факторы подавляют экспрессию генов, другие же, наоборот, усиливают. Почти всегда эти факторы, одновременно действуя на онтогенез, нейтрализуют друг друга, то есть ни уменьшения, ни увеличения значения признака не наблюдается. Это и является причиной, по которой особи с крайними выражениями признака встречаются в значительно меньшем количестве, чем особи со средней величиной. Например, средний рост мужчины — 175 см — встречается в европейских популяциях наиболее часто.

При построении вариационной кривой можно рассчитать величину среднеквадратичного отклонения и, на основе этого, построить график среднеквадратичного отклонения от медианы — наиболее часто встречающуюся величину признака.

Модификационная изменчивость в теории эволюции

Дарвинизм

сначала появляется особь с новыми, совершенно случайными, свойствами (образованными вследствие мутаций)
потом она оказывается или не оказывается способной оставить потомство, в зависимости от этих свойств
наконец, если исход предыдущего этапа оказывается положительным, то она оставляет потомство и её потомки наследуют новоприобретённые свойства

Новые свойства особи формируются вследствие наследственной и модификационной изменчивости. И если наследственная изменчивость характеризуется изменением генотипа и эти изменения наследуются, то при модификационной изменчивости наследуется способность генотипа организмов изменять фенотип при воздействии окружающей среды. При постоянном воздействии одних и тех же условий окружающей среды на генотип могут отбираться мутации, чей эффект сходен с проявлением модификаций, и, таким образом, модификационная изменчивость переходит в наследственную изменчивость (генетическая ассимиляция модификаций). Примером может являться постоянный большой процент пигмента меланина в коже у негроидной и монголоидной расы по сравнению с европеоидной.

Дарвин назвал модификационную изменчивость определенной (групповой).

Определенная изменчивость проявляется у всех нормальных особей вида, подвергшихся определенному воздействию. Определенная изменчивость расширяет пределы существования и размножения организма.

Естественный отбор и модификационная изменчивость

Модификационная изменчивость тесно связана с естественным отбором. Естественный отбор имеет четыре направления, три из которых непосредственно нацелены на выживание организмов с разными формами ненаследственной изменчивости. Это стабилизирующий, движущий и дизруптивный отбор.

Стабилизирующий отбор характеризуется обезвреживанием мутаций и формирования резерва этих мутаций, что обуславливает развитие генотипа при постоянном фенотипе. Вследствие этого организмы со средней нормой реакции доминируют в неизменных условиях существования. Например, у генеративных растений сохраняется форма и размер цветка, которые отвечают форме и размеру насекомого, которое опыляет растение.

Дизруптивный отбор характеризуется раскрытием резервов с обезвреженными мутациями и последующим отбором этих мутаций для формирования новых генотипа и фенотипа, которые подходят под окружающую среду. Вследствие этого выживают организмы с крайней нормой реакции. Например, насекомые с большими крыльями имеют большую устойчивость к порывам ветра, тогда как насекомых того же вида со слабыми крыльями сдувает.

Движущий отбор характеризуется тем же механизмом, что и дизруптивный, однако он нацелен на формирование новой средней нормой реакции. Например, у насекомых появляется стойкость к химикатам.

Эпигенетическая теория эволюции

Согласно основным положениям эпигенетической теории эволюции, опубликованным в 1987 году, субстратом для эволюции является целостный фенотип — то есть, морфозы в развитии организма определяются воздействием условий окружающей среды на его онтогенез (эпигенетическая система). При этом формируется устойчивая траектория развития, основанная на морфозах (креод) — формируется устойчивая эпигенетическая система, адаптивная к морфозам. Эта система развития основана на генетической ассимиляции организмов (модификационном генокопировании), которая состоит в соответствии какой-либо модификации определенной мутации. То есть, это значит, что изменение активности конкретного гена может быть вызвано и изменением окружающей среды, и определенной мутацией. При действии новой окружающей среды на организм происходит отбор мутаций, которые приспосабливают организм к новым условиям, поэтому организм, вначале приспосабливаясь к среде с помощью модификаций, затем стает приспособленным к нему и генетически (двигательный отбор) — возникает новый генотип, на основе которого возникает новый фенотип. Например, при врожденном недоразвитии двигательного аппарата животных возникает перестройка опорных и двигательных органов таким образом, что недоразвитие окажется адаптативным. Далее этот признак закрепляется наследственно стабилизирующим отбором. Впоследствии возникает новый механизм поведения, направленный на приспособление к адаптации. Таким образом, в эпигенетической теории эволюции рассматривается постэмбриональный морфоз на основе особых условий окружающей среды как двигательный рычаг эволюции. Таким образом, естественный отбор в эпигенетической теории эволюции состоит из следующих стадий:

экстремальный фактор окружающей среды приводит морфозам, а морфозы — к дестабилизации онтогенеза
дестабилизация онтогенеза приводит к проявлению нестандартного (альтернативного, аномального) фенотипа, который наиболее отвечает сложившимся морфозам
при удачном соответствии альтернативного фенотипа происходит закрепленное генокопирование модификаций, которое ведет ко стабилизации онтогенеза и обуславливает направление естественного отбора — устанавливается новая норма реакции
далее, в ходе закрепления новых свойств путем генокопирования модификаций, формируются новые альтернативные пути развития, которые проявляются при следующей дестабилизации онтогенеза [1]

Таким образом, синтетическая и эпигенетическая теории эволюции достаточно различаются. Однако могут встречаться случаи, которые являются синтезом данных теорий — например, появления морфозов вследствие накопления нейтральных мутаций в резервах являются частью механизма как синтетической (мутации проявляются в фенотипе), так и эпигенетической (морфозы могут привести к генокопированию мдификаций, если изначальные мутации не детерминировали это) теорий.

Формы модификационной изменчивости

В большинстве случаев модификационная изменчивость способствует положительной адаптации организмов к условиям окружающей среды — улучшается реакция генотипа на окружающее и возникает перестройка фенотипа (например, увеличивается число эритроцитов у человека, поднявшегося в горы). Однако иногда, под влиянием неблагоприятных факторов окружающей среды, например, влиянием тератогенных факторов на беременных, возникают изменения фенотипа, похожие на мутации (не наследственные изменения, похожие на наследственные) — фенокопии. Также, под влиянием экстремальных факторов окружающей среды, у организмов могут появиться морфозы (например, расстройство двигательного аппарата вследствие травмы). Морфозы имеют необратимый и неадаптивный характер, а в лабильном характере проявления схожи со спонтанными мутациями. Морфозы принимаются эпигенетической теорией эволюции как основной фактор эволюции.

Длительная модификационная изменчивость

В большинство случаев модификационная изменчивость носит ненаследственный характер и является лишь реакцией генотипа данной особи на условия среды с последующим изменением фенотипа. Однако известны и длительные модификации, описанные у некоторых бактерий, простейших и многоклеточных эукариот. Для понимания возможного механизма длительной модификационной изменчивости рассмотрим сначала понятие генетического триггера.

Например, в оперонах бактерий содержатся, кроме структурных генов, два участка — промотор и оператор. Оператор некоторых оперонов находится между промотором и структурными генами (у других он входит в состав промотора). Если оператор связан с белком, который называется репрессором, то вместе они не дают двигаться РНК-полимеразе по цепи ДНК. У бактерий E. сoli можно наблюдать подобный механизм. При недостатке лактозы и избытке глюкозы вырабатывается белок-репрессор (Lacl), который присоединяется к оператору, не давая РНК-полимеразе синтезировать мРНК для трансляции фермента, который расщепляет лактозу. Однако при попадании лактозы в цитоплазму бактерии лактоза (вещество-индуктор) присоединяется к белку-репрессору, изменяя его конформацию, что приводит к диссоциации репрессора от оператора. Это обуславливает начало синтеза фермента для расщепления лактозы.

У бактерий при делении вещество-индуктор (в случае с E. coli — лактоза) передается в цитоплазму дочерней клетки и запускает диссоциацию белка-репрессора от оператора, что влечет за собой проявление активности фермента (лактазы) для расщепления лактозы у палочек даже при отсутствии этого дисахарида в среде.

Если оперона два и если они взаимосвязаны (структурный ген первого оперона кодирует белок-репрессор для второго оперона и наоборот), они образуют систему, которая называется триггером [1]. При активном состоянии первого оперона отключен второй. Однако под действием окружающей среды может быть заблокирован синтез белка-репрессора первым опероном, и тогда происходит переключение триггера: активным становится второй оперон. Такое состояние триггера может наследоваться следующими поколениями бактерий. Молекулярные триггеры могут обеспечивать длительные модификации и у эукариот. Это может происходить, например, путем цитоплазматического наследования включений цитоплазмы у бактерий при их размножении.

Эффект переключения триггеров можно наблюдать у неклеточных форм жизни, например, у бактериофагов. При внедрении в клетку бактерии при недостатке питательных веществ они остаются неактивными, внедряясь в генетический материал. При появлении благоприятных условий в клетке фаги размножаются и вырываются из бактерии — происходит переключение триггера вследствие изменения окружающей среды.

Цитоплазматическое наследование

Сравнительная характеристика форм изменчивости

Свойство	Ненаследственная (адаптивные модификации)	Наследственная
Объект изменений	Фенотип в пределе нормы реакции	Генотип
Фактор возникновения	Изменения условий окружающей среды	Рекомбинация генов вследствие слияния гамет, кроссинговер, мутации
Наследование свойств	Не наследуется	Наследуется
Значения для особи	Повышает жизнеспособность, приспособленность к условиям окружающей среды	Полезные изменения приводят к выживанию, вредные — к гибели организма
Значение для вида	Способствует выживанию	Приводит к появлению новых популяций, видов в результате дивергенции
Роль в эволюции	Адаптация организмов к условиям окружающей среды	Материал для естественного отбора
Форма изменчивости	Групповая	Индивидуальная
Закономерность	Статистическая закономерность вариационных рядов	Закон гомологических рядов наследственной изменчивости

Вместе наследственная и модификационная изменчивости представляют основу для естественного отбора. При этом качественные или количественные изменения проявлений генотипа в признаках фенотипа (наследственная изменчивость) определяют результат естественного отбора — выживание или гибель особи.

Модификационная изменчивость в жизни человека

Практическое использование закономерностей модификационной изменчивости имеет большое значение в растениеводстве и животноводстве, так как позволяет предвидеть и заранее планировать максимальное использование возможностей каждого сорта растений и породы животных (например, индивидуальные показатели достаточного количества света для каждого растения). Создание заведомо известных оптимальных условий для реализации генотипа обеспечивает их высокую продуктивность.

Также это позволяет целесообразно использовать врожденные способности ребенка и развивать их с детства — в этом состоит задача психологов и педагогов, которые еще в школьном возрасте пытаются определить склонности детей и их способности к той или иной профессиональной деятельности, увеличивая в пределах нормы реакции уровень реализации генетически детерминированных способностей детей.

Читайте также: