Умскул учебник стремится стать лучше! Если вы наткнулись на ошибку или неточность в нашем материале - просто сообщите нам, мы будем благодарны!
Биология

Закономерности изменчивости

1.11.2022
2670

На этой странице вы узнаете

  • Как снотворное изменяет тело ребенка?
  • Может ли у человека быть золотая кровь?
  • Что такое детская старость?
  • Люди-деревья — миф или реальность?

Сегодня человеческими руками созданы более 25 тысяч сортов роз. Среди них есть те, что с лепестками зеленого или черного цвета, с очень большими и очень маленькими цветками, колючие и без шипов. Есть даже такие, что пахнут гвоздикой, гиацинтом, ванилью. Но всё это розы. Как человеку это удалось, какие знания ему потребовалось, чтобы создать столько сортов? Ответ на этот вопрос мы найдем в статье.

 Понятие изменчивости и ее виды

Изменчивость, как и наследственность, является фундаментальным свойством всех живых организмов, обеспечивая возможность самого организма и его отдельных признаков находиться в различных состояниях в соответствии с меняющимися условиями среды. 

Изменчивость — свойство живых организмов приобретать новые признаки, которые вызывают различия между особями в пределах вида.

Причины: изменения структуры или деятельности генетического аппарата и влияние условий среды.

Формы изменчивости

Форма изменчивостиНенаследственная (фенотипическая)Наследственная (генотипическая)
ОпределениеИзменение фенотипа (признаков) под воздействием факторов внешней среды, не затрагивающие изменения генотипа.Изменение генотипа.
НаследственностьНе передается по наследству.Передается по наследству.
Видизменчивости1. Модификационная.
2. Морфозы.
3 Фенокопии.
1. Комбинативная.
2. Мутационная.
РольОбеспечивает приспособление организмов к изменяющимся условиям среды.Появление новых признаков и их комбинирование у организмов.
Пример

Ненаследственная (модификационная) изменчивость

Модификационная изменчивость — это тип изменчивости организма, вызванный действием факторов внешней среды, при этом генотип не затрагивается. 

Признаки, появившиеся в результате модификационной изменчивости, называют модификациями.

Результаты многочисленных экспериментов доказывают тот факт, что модификации при половом размножении не передаются следующему поколению.

Например, вы регулярно ходите спортзал. Результатом вашего труда будет образование дополнительной мышечной массы. Рост мышц в данном случае будет проявлением модификационной изменчивости, так как ваш организм будет приспосабливаться к изменившимся условиям, таким, как возросшие физические нагрузки. Но своим детям мышечную массу вы передать не сможете. Более того, если вы перестанете заниматься, постепенно вернетесь к той форме, в которой были до посещения спортзала. 

Признаки модификационной изменчивости:

  • Временное действие. 

Например, загар человека полностью исчезает зимой.

  • Групповой характер. 

При действии одного и того же фактора, у большинства представителей вида будут отмечаться схожие изменения.

Например, у устриц, живущих в тихой воде, ракушка широкая и округлая, а у устриц из зоны притока ракушки узкие и длинные. Такие изменения связаны со скоростью течения в водоеме.

  • Направленный характер.

Например, замена шерсти млекопитающих на густую обусловлена влиянием низких температур, а не действием освещения.

  • Адаптивное значение.

Например, с увеличением высоты над уровнем моря, количество эритроцитов в крови человека увеличивается, так как на большой высоте воздух разрежен, в нем наблюдается недостаток кислорода. 

Существуют и необратимые модификации, которые получили название морфозов. Как правило, это изменения фенотипа, выходящие за пределы нормы, вызванные экстремальными факторами, которые нарушают процессы индивидуального развития организмов. 

Как снотворное изменяет тело ребенка?

В периоде с 1956—1962 гг. родились 12 000 детей с уродством, которое было вызвано применением снотворного средства талидомида будущими матерями в течение беременности. Дети рождались с отсутствием конечностей или их очень сильным укорочением, отсутствовали ушные раковины, встречались дефекты глаз и мимической мускулатуры, умственная отсталость, эпилепсия и аутизм.

Морфозы часто копируют проявление мутаций, в этом случае их называют фенокопиями. Другими словами, фенотип (внешний признак), который был вызван внешним фактором, не затрагивающим изменения генотипа, очень похож на фенотип, который проявляется при мутациях.

Фенокопии возникают благодаря разнообразным факторам среды, это и климат, и физические условия, и химические вещества, и биологические (краснуха, токсоплазмоз, сифилис) и социальные. 

Например, у человека прием алкоголя во время беременности приводит к комплексу нарушений, которые до некоторой степени могут копировать симптомы Синдрома Дауна.

Возможный предел изменения признака в результате модификации называют нормой реакции. Пределы изменения признака определяются генотипом. 

Например, кожа Оли после пары-тройки дней, проведенных на солнце, приобретает красивый бронзовый оттенок. А вот Настя уже вторую неделю отдыхает на море и только продолжает ежедневно краснеть, а загар на ее коже так и не проявляется. Это предопределено генетически.

Норма реакции

Узкая норма реакцииШирокая норма реакции
Это явление, при котором признаки не подвержены влиянию факторов внешней среды, так как они жестко контролируются генотипом.Это степень развития признака, которая зависит от силы влияния внешнего фактора.
Например, группы крови, цвет глаз, форма носа и ушей, рост, длина шерсти у овец.Например, степень пигментации кожи у людей европеоидной расы, масса тела, цвет волос.

Для исследования закономерностей модификационной изменчивости необходимо определиться с числом объектов или признаков для дальнейшего исследования. На основании данных выборки строят вариационный ряд — последовательность числовых показателей проявлений определенного признака, расположенных в порядке возрастания или убывания.

Для подсчета среднего значения данного признака используют формулу:

М = Σ (v・р) / n , где

М — среднее значение признака; 
v — варианта признака (порядковый номер этого конкретного варианта проявления признака); 
р — частота встречаемости варианты (сколько раз проявилось именно это значение); 
n — общее количество вариант (различных степеней проявления признака). 

Наследственная изменчивость: мутационная, комбинативная

Изменчивость, результатом которой является возникновение новых комбинаций генов и хромосом, называют комбинативной изменчивостью.

Представьте себе калейдоскоп, внутри которого несколько цветных стеклышек. Когда вы смотрите в него, то каждый раз видите разные узоры. Вот и такая изменчивость возникает при сочетании уже имеющихся генов. 

Причины комбинативной изменчивости:

  1. Кроссинговер во время профазы 1 мейоза 1: гомологичные хромосомы, из которых одна всегда отцовская, а другая — материнская, обмениваются своими плечами.
  2. Расхождение хромосом в анафазе 1 мейозе 1. Подробно о мейозе вы можете прочитать в статье «Мейоз».
  3. Случайное сочетание гамет при оплодотворении и новое взаимодействие генов.

В случае если у темноволосых родителей рождается светловолосый ребенок, перед нами пример комбинативной изменчивости.

Несомненно, что в продолжение всей жизни организм подвергается воздействию внешней среды, которое приводит к возникновению новых мутаций, составляющих мутационную изменчивость.

Мутации — новые внезапные случайные скачкообразные качественные или количественные изменения генотипа.

Признаки мутационной изменчивости:

  • Устойчивость — мутации не исчезают в течение жизни особи.
  • Индивидуальный характер — мутационные изменения проявляются только у отдельных особей.
  • Ненаправленны — один и тот же фактор может стать стимулятором для появления различных мутационных изменений.
  • Неопределенны — нельзя предсказать какая мутация проявится, если воздействовать на организм тем или иным фактором. 
  • Мутации возникают постоянно, в течение всей жизни.
  • Мутации могут повториться.

Виды мутаций и их причины

Типы мутаций в зависимости от влияния на жизнедеятельность организма

ЛетальныеСублетальныеНейтральныеПолезные
Приводят к гибели организма.Снижают жизнеспособностьорганизма.При определенных условиях не влияют на организм.Повышают жизнеспособностьорганизма.
Например: прогрессивная мускульная дистрофия, синдром Патау.Например: эпилойя, ретинобластома (опухоль глаза).Например: гетерохромия (разный цвет радужки глаз).Например: устойчивость к ВИЧ.
Может ли у человека быть золотая кровь?

У 43-х человек по всему миру за последние 50 лет была выявлена кровь, несущая нулевой резус-фактор. У большинства людей или есть на эритроцитах антиген D определяющий наличие резуса фактора (резус-положительный), или его нет (резус-отрицательный).  

У людей с нулевым резусом фактором вообще нет антигенов на эритроците. Поэтому такая кровь востребована как для научных исследований, так и для переливания крови. Вместе с тем, она является невероятно опасной для жизни людей, в теле которых она течет, из-за своего дефицита.

Вредность и полезность мутаций — понятия относительные, так как то, что полезно (вредно) в данных условиях, может оказать обратное действие при изменении условий среды. Именно поэтому мутации являются материалом для эволюции.

Что такое детская старость? 

Преждевременную детскую старость в медицине называют прогерия или синдром Гетчинсона (Хатчинсона) — Гилфорда. Данная мутация происходит в гене LMNA, кодирующего белок ламин А. Данный белок выстраивает оболочку клетки. В возрасте 2—3 года начинаются проявляться признаки ускоренного старения: выпадение волос, остеопороз, потеря зрения, замедление роста, кожа становится менее упругой и морщинистой, дистрофия мышц. Средняя продолжительность жизни детей с таким заболеванием составляет 13 лет. 

Типы мутаций по происхождению

СоматическиеГенеративные
Возникают в соматических клетках. Передаваться могут только при бесполом размножении.Возникают в половых клетках, передаются по наследству при половом размножении.
Например: аутоиммунные заболевания, опухоли, белая прядь волос у человека.
Например: альбинизм (отсутствие в эпидермисе меланина), гемофилия (плохая свертываемость крови).

Типы мутаций по уровню возникновения

ГенныеХромосомныеГеномные
Это результат изменениянуклеотидной последовательностив молекуле ДНК в пределах одного гена.Это изменения структуры хромосом.Это изменения числа хромосом.
Например: альбинизм (отсутствие пигмента меланина), серповидно-клеточная анемия (эритроцит имеет форму серпа и нарушается строение гемоглобина), гемофилия (нарушение свертывания крови).Например: сидром кошачьего крика (нарушение строения гортани и голосовых связок, умственная отсталость), сидром Эдварса (дефекты внутренних органов и лица), синдром Патау (заячья губа и волчья пасть).Например: синдром Дауна (умственная отсталость, задержка физического развития, врожденные пороки сердца), синдром Шершевского Тернера (низкая масса тела, отсутствуют или плохо выражены вторичные половые признаки).

Генные мутации

Процесс образования генной мутации.

Виды генных мутаций:

  1. Инсерция — вставка одного или нескольких нуклеотидов.
  1. Делеция — выпадение одного или нескольких нуклеотидов. 
  1. Инверсия — поворот на 180° участка гена.
  1. Дупликация — удвоение участка гена.
Люди деревья миф или реальность?

Верруциформная эпидермодисплазия — это аутосомно-рецессивное генетическое заболевание, которое возникает в результате мутаций в определенных местах на определенных генах. Приводит к появлению «наростов» похожих на древесную кору на всех участках тела, открытых для солнечных лучей.

Хромосомные мутации

Хромосомные мутации
ДелецияУтрата части хромосомы.
Например, так может возникнуть сидром Вольфа-Хиршхорна (задержка роста, умственная отсталость, судороги и врожденные пороки сердца, глухота).

 
ДупликацияУдвоение участка хромосомы.
У человека дупликация короткого плеча 9-й хромосомы приводит к синдрому Реторе, характеризующемуся глубокой умственной отсталостью. То есть у ребенка начинают пропадать речевые, двигательные навыки.

ИнверсияПоворот участка хромосомы на 180°.

У человека это приводит к высокой частоте ранних выкидышей, мертворождений, рождению детей с серьезными нарушениями развития.
ТранслокацияОбмен участками между негомологичными хромосомами.Носители робертсоновских транслокаций имеют в кариотипе 45, а не 46 хромосом, у них также повышена частота бесплодия, мертворождений, привычной невынашиваемости беременности и рождения детей с хромосомными болезнями. 

Например, при семейном носительстве робертсоновской транслокации по 21 хромосоме повышена вероятность рождения детей с синдромом Дауна в нескольких поколениях.

Полиплоидия довольно широко встречается и используется в селекции растений. У человека, так же как и у животных, обычно несовместима с жизнью и приводит к внутриутробной гибели. В научной литературе описано только 8 случаев рождения таких детей. У них наблюдались тяжелые пороки развития.

Полиплоидные растения более жизнеспособны и конкурентоспособны, чем “родительские” виды, в них больше полезных веществ, они больших размеров.

Культурная слива                     Терн                                                           Алыча

\(2n=48\)                                   \(2n — 32\)                                                  \(2n — 16\) 

Общей проблемой всех полиплоидных мутантов является стерильность — отсутствие нормальных гамет из-за нарушений конъюгации гомологичных хромосом в мейозе. Благодаря этому, мутантное состояние воспроизводится только при вегетативном размножении.

При изменении числа отдельных хромосом в результате анеуплоидии добавочная хромосома может быть отцовского или материнского происхождения. Чаще всего среди новорожденных выявляются трисомии по 13, 18 и 21 хромосоме — синдромы Патау, Эдвардса и Дауна, соответственно.

Трисомии могут наблюдаться по любой другой хромосоме, однако такие эмбрионы развиваются аномально и погибают на ранних стадиях эмбриогенеза.

Синдром Дауна обусловлен наличием дополнительной хромосомы № 21 (самой маленькой из аутосом), общее число хромосом больного в этом случае составляет 47. Продолжительность жизни таких людей редко превышает 55 лет. Синдром Дауна характеризуется специфическим плоским лицом, большим языком, монголоидным разрезом глаз и умственной отсталостью. Репродуктивная функция при этом заболевании не нарушена, поэтому у таких супружеских пар рождаются дети, и, как правило, тоже с синдромом Дауна.

Типы мутаций по происхождению

СпонтанныеИндуцированные 
Возникают без видимых причин.Возникают под действием мутагенных факторов.

Мутагены бывают:

  1. Физические (УФ-излучение, температура, рентгеновские лучи, гамма-лучи).
  2. Биологические (вирусы).
  3. Химические (бензапирен, колхицин, щелочи, азотистая кислота).

Значение изменчивости в жизни организмов и в эволюции.

Ненаследственная изменчивостьНаследственная изменчивость
Значение для организмаПовышает или понижает жизнеспособность, адаптивность.Борьба за существование отбраковывает неполезные мутации в данных условиях и усиливает полезные.
Значение для видаСпособствует выживанию.Образуются новые виды и популяции.
Роль в эволюцииОбразуются различные адаптации.Поставляет новый материал для естественного отбора.

Фактчек

  • Различают 2 вида изменчивости: ненаследственную и наследственную.
  • Модификационная изменчивость носит адаптивный характер и не наследуется.
  • Наследственная изменчивость затрагивает генотип.
  • Выделяют 2 вида наследственной изменчивости: комбинативная и мутационная.
  • В результате комбинативной изменчивости возникают новые комбинаций генов и хромосом.
  • Мутации возникают внезапно, постоянно и не имеют направленного характера.
  • Мутации подразделяют по уровню организации на хромосомные, генные, геномные.
  • Мутации вызывают мутагены.

Проверь себя

Задание 1.
Что изменяется при модификационной изменчивости?

  1. Изменяется нуклеотидная последовательность ДНК.
  2. Изменяется фенотип.
  3. Изменяется генотип.
  4. Ничего не изменяется.

Задание 2.
Что является примером фенотипической изменчивости?

  1. Цвет кожи людей разных рас.
  2. Группы крови.
  3. Изменение цвета шерсти зайца во время зимы.
  4. Количество семян в колосе пшеницы.

Задание 3.
Как называется поворот участка хромосомы на 180°?

  1. транслокация
  2. делеция
  3. дупликация
  4. инверсия

Задание 4. 
Что является примером комбинативной изменчивости?

  1. Наличие зеленоглазых и кареглазых детей у кареглазых родителей.
  2. Размер листьев на одном дереве.
  3. Количество зерновок в колосках одного сорта пшеницы.
  4. Рост мальчиков в одном классе.

Ответы: 1. — 2; 2. — 3; 3. — 4; 4. — 1.

Понравилась статья? Оцени:
Читайте также:

Читать статьи — хорошо, а готовиться к экзаменам
в самой крупной онлайн-школе — еще эффективнее.

50 000
Количество
учеников
1510
Количество
стобальников
>15000
Сдали на 90+
баллов