какая наследственность называется цитоплазматической какое значение она может иметь
Цитоплазматическая наследственность
Вы будете перенаправлены на Автор24
Понятие «наследственность». Виды наследственности
Наследственность – это способность живых организмов передавать свои признаки каждому последующему поколению.
Люди давно стали замечать, что растения и животные при размножении воспроизводят в потомстве определенные свои качества. Задолго до выяснения механизма передачи наследственной информации человечество уже занималось селекцией. Люди научились получать растения разных сортов и породы животных, имеющие требуемые качества. С развитием микробиологии ученым удалось выяснить, что роль хранителей и переносчиков наследственной информации выполняют нуклеиновые кислоты. В настоящее время выделяют ядерную и внеядерную (цитоплазматическую) наследственность.
Ядерная наследственность – это совокупность наследственной информации, содержащаяся в нуклеиновых кислотах ядра (в хромосомах).
Ее еще называют хромосомной.
Внеядерная (цитоплазматическая) наследственность – это способность определенных структур цитоплазмы хранить и в дальнейшем передавать из поколения в поколение часть наследственной информации.
Цитоплазматическая наследственность
Явление внеядерной или цитоплазматической наследственности состоит непосредственно в способности некоторых структурных компонентов цитоплазмы сохранять и передавать от родителей к потомкам, из поколения в поколение часть наследственной информации. Конечно, ведущую роль выполняют гены хромосом в процессе наследования большей доли признаков организма, но внеядерная наследственность тоже играет достаточно значительную роль.
Готовые работы на аналогичную тему
Пластидное наследование
Цитоплазматическая наследственность, которая связана с генами пластид, свойственна многим цветочным растениям, например, таким как львиный зев, ночная красавица. Среди них встречаются формы с пестрыми листьями. Даный признак может передаваться только по материнской линии.
Степень пестроты листьев объясняется тем, что некоторые части пластид не способны образовывать хлорофилл. Кроме того, еще во время образования гамет (яйцеклеток и спермиев) пластиды попадают к яйцеклеткам, а не к спермиям. Размножающиеся делением пластиды имеют генетическую непрерывность: от зеленых пластид образуются зеленые, а бесцветные дают начало бесцветным.
При делении клетки пластиды разных типов распределяются случайным образом, в результате этого образуются клетки с бесцветными, зелеными или пластидами обоих типов вместе.
Митохондриальная наследственность
Цитоплазматическая наследственность, которая связана с митохондриями, рассматривалась на примере дрожжей. В их митохондриях были найдены гены, от которых зависит отсутствие или наличие дыхательных ферментов, также они определяют устойчивость к определенным антибиотикам.
Цитоплазматическая наследственность
Основоположниками изучения цитоплазматической наследственности являются К. Корренс и Э. Бауер.
Функции плазмагенов связаны с ДНК. Установлено, что собственную ДНК имеют пластиды, митохондрии и некоторые другие органоиды. Эти цитоплазматические структуры способны к саморепродукции. Именно с этим связана передача цитоплазматической наследственности.
Плазмагены разнородны по своей природе. Их можно разделить на две группы:
Гены ДНК-содержащих органелл клетки (митохондрий, хлоропластов);Гены инфекционных агентов или симбионтов клетки (вирусов, эписом)Плазмагены обоих групп сходны по своим свойствам с ядерными генами и осуществляют генетический контроль синтеза ряда важных ферментов, а, следовательно, и развития некоторых сложных признаков. они способны к редупликациям и точковым мутациям, которые могут наследоваться.
Наследование через цитоплазму имеет следующие особенности:
Число органоидов цитоплазмы, содержащих собственную ДНК не постоянно, не поддается точному учету;
При делении органоиды цитоплазмы распределяются, или могут распределяться между дочерними клетками неравномерно;
Наследование через цитоплазму не подчиняется менделеевским законам наследования;
Оно происходит по материнской линии, так как цитоплазма зиготы формируется, в основном, за счет женской половой клетки;
Гены цитоплазмы находятся под контролем ядерных генов.
Для изучения роли ядра и цитоплазмы в наследственности применяют различные методы:
метод замещения ядра;
метод реципрокных и возвратных скрещиваний;
метод получения цитоплазматических мутаций и изучение характера появления их в последующих поколениях.
Все виды наследования через цитоплазму можно разделить на две группы:
а) под влиянием факторов окружающей среды (онтогенетическая или фенотипическая предетерминация цитоплазмы);
6) под влиянием генотипа (генотипическая предетерминация цитоплазмы).
а)локализованными в органеллах цитоплазмы (митохондриях, пластидах и пр.),
б)локализованными во внутриклеточных паразитах, симбионтах и пр.
19. Цитоплазматическая наследственность
В 1908 г. К. Корренс описал внеядерную (цитоплазматическую) наследственность. Генетический материал содержат митохондрии и пластиды. Эти единицы, в отличие от ядерных генов, называются плазмогенами. В цитоплазме клеток может находиться ДНК вирусов и плазмиды бактерий – кольцевые двухцепочечные ДНК.
У человека с цитоплазматической наследственностью связаны болезнь Лебера (нейрит с атрофией зрительного нерва) и анэнцефалия.
Цитоплазматическое наследование идет по материнской линии, через яйцеклетки, так как сперматозоиды практически не содержат цитоплазмы.
Критериями цитоплазматической наследственности являются:
– отсутствие расщепления признаков в потомстве по законам Менделя;
–невозможность выявить группы сцепления;
–различные результаты возвратного скрещивания; при ядерном наследовании они одинаковы: Р: ♀АА х ♂аа
Известны несколько видов цитоплазматической наследственности.
Митохондриальная наследственность описана Б. Эфрусси в 1949 г. Он обнаружил, что примерно 1% колоний хлебных дрожжей образуют карликовые колонии. Их рост тормозится потому, что произошла мутация плазмогенов и их митохондрии не имеют дыхательных ферментов. Имеются данные о болезнях человека, которые являются следствием мутаций митохондриальных генов (например: митохондриальная цитопатия, несращение верхних дуг позвонков, старческое слабоумие и др.).
Пластидную наследственность описал К. Корренс в 1908 г. Растение ночная красавица имеет пестрые листья. Произошла мутация, и в части пластид не образуется хлорофилл. Пластиды при размножении распределяются неравномерно. Часть клеток получает нормальные пластиды и имеет зеленые листья; часть клеток получает пластиды, не имеющие хлорофилла – листья белые и растение погибает; часть клеток получает и зеленые (нормальные) и мутантные пластиды – растения имеют пестрые листья (зеленые с белыми пятнами).
Псевдоцитоплазматическая наследственность связана с попаданием в клетку вируса или чужеродной (бактериальной) ДНК. Примером может быть предрасположенность некоторых мышей к опухолям молочной железы. Если нормальных мышат кормит самка «раковой линии», все мыши будут иметь опухоли молочной железы. И наоборот: если мышат «раковой линии» кормит здоровая самка, все мышата будут здоровы. Причиной фактора молока у мышей оказался вирус. Вторым примером может быть гибель ХY- зигот дрозофил, которую вызывает спирохета, попадающая в мужские гаметы.
Полученные гены соединяют с векторными молекулами, которыми могут быть плазмиды бактерий, вирусы и фаги. Рестриктаза разрывает кольцевую ДНК плазмиды, в нее вводят ген (участок ДНК). Фермент лигаза соединяет липкие концы плазмиды с липкими концами гена и получается молекула рекомбинантной ДНК. Такая ДНК способна проникать в клетку-реципиент.
С помощью генной инженерии получены клоны клеток кишечной палочки (бактерия), которые в больших количествах могут продуцировать инсулин и соматотропин, необходимые для больных. Разработаны методы получения противовирусных сывороток, VIII-го фактора свертываемости крови, антигенов ВИЧ, вакцины против гепатита В. Проходят клинические испытания методы лечения некоторых злокачественных заболеваний, иммунодефицитных состояний и энзимопатий. С помощью генной инженерии созданы растения, способные усваивать азот из атмосферы, микроорганизмы, синтезирующие из углеводов нефти пищевые белки.
Методы генной инженерии широко используются для создания банков генов человека, животных и растений.
Будущее генной инженерии – это развитие генотерапии и генохирургии наследственных болезней человека, что связано с пересадкой в зародыш или в соматические клетки нормальных (вместо мутантных) или недостающих генов; разработка методов клонирования эмбриональных клеток для получения органов и тканей для пересадки. Все это будет возможно при полной уверенности в безопасности для человека и окружающей среды новых сконструированных генов. Генную терапию у человека можно применять для коррекции генетических дефектов в соматических клетках или в клетках зародыша и на ранних стадиях развития зиготы.
Текст книги «Биология. Общая биология. 10–11 классы»
Автор книги: Владимир Пасечник
Жанр: Биология, Наука и Образование
Текущая страница: 12 (всего у книги 26 страниц) [доступный отрывок для чтения: 10 страниц]
§ 43. Взаимодействие неаллельных генов
1. Сколько хромосом содержится в клетках тела человека?
2. Можно ли утверждать, что в клетках различных видов растений обычно гораздо меньше хромосом, чем в клетках различных видов животных?
3. Правда ли, что в клетках человека больше хромосом, чем в клетках других видов животных?
Взаимодействие неаллельных генов. При знакомстве с правилами наследования различных признаков на примере гороха создается впечатление, что каждый ген в генотипе действует сам по себе, независимо от других неаллельных ему генов. На самом деле любой организм представляет собой сложную скоординированную систему, в которой все процессы взаимосвязаны. Связь процессов друг с другом в организме в значительной мере определяется взаимодействием генов между собой. Такие взаимодействия, не все виды из которых мы сейчас знаем и понимаем, делают генотип каждой особи единой целостной системой.
Известно несколько различных видов взаимодействия неаллельных генов.
Дополнительное (комплементарное) взаимодействие. Некоторые признаки развиваются только в результате взаимодействия нескольких неаллельных генов. Например, при скрещивании двух чистых линий душистого горошка, имеющих белые цветки, у гибридов первого поколения все цветки будут иметь пурпурную окраску (рис. 61). Оказывается, доминантные гены А и В каждый в отдельности не могут обеспечить синтез красного пигмента антоциана для окраски цветка. И только при наличии двух этих генов в одной клетке там начинает синтезироваться антоциан, и цветки окрашиваются в пурпурный цвет.
Другой возможный механизм дополнительного взаимодействия может заключаться в том, что ген А кодирует структуру одной части (субъединицы) белка, необходимого для проявления какого-либо признака, а ген В – структуру другой субъединицы этого же белка. И только при наличии генов А и В, вместе взятых, синтезируется полноценный белок с четвертичной структурой, способной обеспечить проявление данного признака.
Рис. 61. Схема наследования признака при комплементарном взаимодействии генов
Итак, дополнительным называют такой вид взаимодействия генов, когда для проявления признака необходимо присутствие неаллельных генов А и В. Эти гены называют дополнительными или комплементарными.
Эпистаз. Взаимодействие генов, при котором один из них подавляет проявление другого, неаллельного ему, называют эпистазом. Эпистаз противоположен комплементарному взаимодействию. Гены, которые подавляют действие других генов, называются генами-ингибиторами. Такие гены бывают и доминантными, и рецессивными, поэтому различают доминантный и рецессивный эпистаз.
Приведем пример. Доминантный ген W определяет у тыквы белую окраску, а рецессивный ген w – окрашенные плоды. В другой аллели доминантный ген Y определяет желтую окраску, а рецессивный ген у – зеленую окраску плода. При скрещивании тыкв с белыми (WWYY) и зелеными (wwyy) плодами все гибриды первого поколения будут иметь белые плоды (WwYy), так как ген W подавляет действие гена Y.
У человека встречаются тяжелые генетические заболевания, связанные с отсутствием в организме какого-либо фермента. Иногда такие болезни связаны с эпистазом, при котором вещества, возникающие при деятельности гена-ингибитора, препятствуют образованию жизненно важных ферментов, закодированных в другом гене.
Полимерное действие генов. Многие признаки в организме могут быть выражены слабее или сильнее – рост, вес, плодовитость, интенсивность окраски, урожайность и т. п. Такие признаки называют количественными; они определяются несколькими генами. Действие их суммируется, и чем больше в генотипе доминантных пар генов, которые влияют на этот количественный признак, тем сильнее он проявляется. Например, красный цвет зерна пшеницы обусловлен доминантными генами из двух пар аллелей – А1 и А2. У растений с генотипом а1а1а2а2 зерна не окрашены; очень слабую окраску имеют зерна растений с генотипом А1а1а2а2 и а1а1А2а2. Самый яркий цвет будут иметь зерна растений с четырьмя доминантными генами: А1А1А2А2.
Другой пример полимерного действия генов – наследование окраски кожи человека. Цвет кожи определяется четырьмя генами, расположенными в четырех различных хромосомах. Эти гены отвечают за синтез темного пигмента кожи – меланина. У европейцев чаще всего встречается набор генов а1а1а2а2а3а3а4а4, а у самых темных африканцев – A1A1A2A2A3A3A4A4. Судите сами, какое большое разнообразие наборов этих генов, а следовательно, и окраски кожи может возникать при различных смешанных браках.
Плейотропность. Зависимость нескольких признаков от одного гена получила название плейотропности. Это явление было обнаружено еще Менделем, заметившим, что у растений гороха с красными цветками стебли всегда темнее, чем у особей с белыми цветками.
Дополнительное взаимодействие. Эпистаз. Полимерное действие гена. Плейотропность.
1. Какие виды взаимодействия неаллельных генов вы знаете?
2. Что такое комплементарное действие генов?
3. Сколькими генами определяется цвет кожи человека?
У человека мутация в одном определенном гене приводит к развитию так называемого синдрома Марфана. У таких людей очень длинные и тонкие («паучьи») пальцы, вывих хрусталика глаза, пороки клапанов сердца, нарушения деятельности сосудов. Дело в том, что этот ген контролирует развитие соединительной ткани и его мутация отрицательно сказывается на работе сразу многих систем организма человека. Механизм множественного (плейотропного) действия гена заключается в том, что белок, кодируемый этим геном, может в большей или меньшей степени участвовать в различных, мало связанных между собой процессах жизнедеятельности. Типичным представителем людей, страдающих синдромом Марфана, был великий композитор и скрипач Н. Паганини.
§ 44. Цитоплазматическая наследственность
1. Только ли в ядре клетки обнаружена ДНК?
2. Какие функции в клетке выполняют митохондрии? Пластиды?
3. К какому типу относится эвглена зеленая?
Цитоплазматическая наследственность. Несколько поколений биологов посвятили свои труды доказательству ведущей роли ДНК, расположенной в ядре клетки, в наследовании признаков. Сейчас этот факт не подлежит сомнению, однако оказалось, что существует путь передачи наследственной информации через цитоплазму клетки. Такой вид наследственности называют цитоплазматической или нехромосомной.
Показано, что собственную ДНК содержат митохондрии и пластиды. Благодаря этому они способны к самовоспроизведению. Если клетка эвглены зеленой утрачивает пластиды, она не может снова их образовать, несмотря на сохранившееся ядро. Обычно в клетке эвглены находятся около 100 хлоропластов. Однако, как вы знаете, в темноте эвглена переходит к гетеротрофному питанию, и ее пластиды не размножаются, хотя сама эвглена продолжает делиться. Через несколько поколений, в условиях нехватки света, появляются особи, которым «не хватило» хлоропластов. У потомков этой эвглены никогда не будет этих органоидов.
Характерная черта цитоплазматической наследственности – это наследование по линии матери. Действительно, и пластид, и митохондрий в яйцеклетке может быть много, а вот в мужских гаметах этих органоидов обычно нет, так как эти клетки практически лишены цитоплазмы. В сперматозоидах присутствуют митохондрии, но они все равно не проникают в яйцеклетку, так как при слиянии гамет в яйцеклетку попадает только ядро сперматозоида, содержащее генетический материал. Таким образом, все митохондрии и пластиды зиготы достаются ей в наследство только от материнского организма.
Взаимодействие хромосомной и нехромосомной наследственности. Показано, что хромосомная и нехромосомная наследственность могут взаимодействовать, приводя к сложным случаям наследования. Например, большинство белков митохондрий закодировано в ядерных генах и наследуется по правилам Менделя, а оставшиеся белки кодируются в ДНК самих митохондрий, которые передаются только по материнской линии. В митохондриях обнаружены гены ферментов клеточного дыхания, а также гены, обусловливающие устойчивость к некоторым неблагоприятным воздействиям.
В цитоплазме бактерий имеются плазмиды – кольцевые фрагменты ДНК, располагающиеся отдельно от основной молекулы ДНК бактериальной клетки. В клетках некоторых эукариот, например дрожжей, также обнаруживаются молекулы ДНК, которые могут обеспечивать устойчивость дрожжей к токсическим веществам. Все это примеры цитоплазматической наследственности.
1. Какая наследственность называется цитоплазматической? Какое значение она может иметь?
2. Митохондрии наследуются по линии отцовского или материнского организма?
3. Сколько хромосом расположено в бактериальной клетке?
4. Взаимосвязаны ли между собой хромосомная и нехромосомная наследственность?
§ 45. Генетическое определение пола
1. Какие хромосомы называются половыми?
2. Какие организмы называются гермафродитами?
3. Какие болезни называются наследственными?
Теория наследования пола. Подавляющее большинство видов животных представлено особями двух полов – мужского и женского. Расщепление по половой принадлежности происходит в соотношении 1:1. Иными словами, у всех видов численность самцов и самок приблизительно одинакова. Еще Г. Мендель обратил внимание на то, что такое расщепление в потомстве по какому-либо признаку наблюдается в тех случаях, когда одна из родительских особей была гетерозиготой (Аа) по этому признаку, а вторая – рецессивной гомозиготой (аа). Было сделано предположение, что один из полов (тогда было неясно, какой именно) гетерозиготен, а второй гомозиготен по гену, который определяет пол организма.
Современная теория наследования пола была разработана Т. Морганом и его сотрудниками в начале XX в. Им удалось установить, что самцы и самки различаются по набору хромосом.
У мужских и женских организмов все пары хромосом, кроме одной, одинаковы и называются аутосомами, а одна пара хромосом, называемых половыми, – у самцов и самок различается. Например, и у самцов, и у самок дрозофил в каждой клетке по три пары аутосом, а вот половые хромосомы различаются: у самок – по две Х-хромосомы, а у самцов X и Y (рис. 62). Пол будущей особи определяется во время оплодотворения. Если сперматозоид содержит Х-хромосому, то из оплодотворенной яйцеклетки разовьется самка (XX), а если в сперматозоиде содержалась половая Y-хромосома – то самец (XY).
Рис. 62. Схема расщепления по признаку пола у дрозофилы
Так как у самок дрозофил образуются только яйцеклетки, содержащие половые Х-хромосомы, то женский пол у дрозофил называют гомогаметным. У самцов дрозофил образуются в равном соотношении сперматозоиды либо с Х-, либо Y-половыми хромосомами. Поэтому мужской пол у дрозофил называется гетерогаметным.
У многих видов живых существ, например у ракообразных, земноводных, рыб, большинства млекопитающих (в том числе и человека), женский пол гомогаметный (XX), а мужской – гетерогаметный (XY).
Наследование пола у человека можно представить в виде схемы (рис. 63). Очевидно, что соотношение полов при таком скрещивании теоретически всегда будет 1:1.
У людей Y-хромосома, определяющая мужской пол, передается от отца к сыну в момент оплодотворения. Таким образом, пол младенца зависит только от того, какая из половых хромосом попала в зиготу от отца. В Y-хромосоме человека находятся гены белков, необходимых для нормального развития мужских половых желез. Эти железы очень быстро начинают выделять мужские половые гормоны, определяющие формирование всей половой системы мужчины. Если же в оплодотворении участвовал сперматозоид с Х-хромосомой, то в клетках развивающегося зародыша Y-хромосома отсутствует, значит, нет и кодируемых ей «мужских» белков. Поэтому в зародыше девочки развиваются яичники и женские половые пути.
Рис. 63. Схема расщепления по признаку пола у человека
Итак, у дрозофилы и человека женский пол является гомогаметным, и общая схема наследования пола у двух этих видов одинакова. У некоторых видов живых существ хромосомное определение пола совсем другое. Например, у птиц и рептилий – гомогаметны самцы (XX), а самки – гетерогаметны (XY). У некоторых насекомых у самцов в хромосомном наборе лишь одна половая хромосома (Х0), а самки – гомогаметны (XX).
У пчел и муравьев половых хромосом нет, и самки имеют в клетках тела диплоидный набор хромосом, а самцы, развивающиеся партеногенетически (из неоплодотворенных яйцеклеток), – гаплоидный набор хромосом. Естественно, что в этом случае развитие сперматозоидов у самцов идет без мейоза, так как уменьшить число хромосом менее гаплоидного набора невозможно.
У крокодилов половые хромосомы не обнаружены. Пол зародыша, развивающегося в яйце, зависит от температуры окружающей среды: при высоких температурах развивается больше самок, а в том случае, если прохладно, – больше самцов.
Наследование признаков, сцепленных с полом. В половых хромосомах расположен целый ряд генов, которые никак не связаны с признаками, имеющими отношение к полу. Признаки, гены которых расположены в половых хромосомах, получили название сцепленных с полом. Характер их наследования зависит от принципа генетического определения пола. Как говорилось в предыдущем параграфе, у человека женский пол является гомогаметным (XX), а мужской – гетерогаметным (XY).
У человека Y-хромосома маленькая, но в ней, кроме гена, отвечающего за развитие мужских половых желез, присутствует значительное число других генов, например ген, определяющий размер зубов.
А вот Х-хромосома содержит не менее 200 генов. В соматических клетках женщины по две Х-хромосомы, поэтому за каждый признак отвечает по два гена, а в клетках организма мужчины всего одна Х-хромосома, и все полторы сотни генов, расположенных в ней, – и доминантные, и рецессивные, – обязательно проявляются в фенотипе. Предположим, что в организм мальчика попала от матери «бракованная» Х-хромосома с каким-нибудь мутантным геном, приводящим к развитию болезни. Так как второй Х-хромосомы в его клетках нет (есть только Y-хромосома), то болезнь обязательно проявится. Если же такая Х-хромосома с мутантным геном попала в яйцеклетку, из которой разовьется девочка, то она не заболеет, так как получит от отца нормальную Х-хромосому с геном, который подавит действие мутантного. По описанной схеме у человека наследуется гемофилия – заболевание, при котором в организме не хватает одного из веществ, необходимого для свертывания крови. При гемофилии человек может истечь кровью даже при небольшом порезе или ушибе.
Эта болезнь может передаваться мальчику от здоровой матери в том случае, если она является носительницей патологического гена в одной из Х-хромосом, а парный ему аллельный ген второй Х-хромосомы – нормальный (рис. 64). В этом случае вероятность рождения больного мальчика составляет 50 %. Девочки болеют гемофилией чрезвычайно редко, так как для этого здоровая женщина – носительница гена гемофилии должна родить девочку от мужчины-гемофилика, и даже в этом случае вероятность того, что дочь будет больна гемофилией, составит 50 %.
Рис. 64. Схема наследования гемофилии
Точно так же, как гемофилия, наследуется дальтонизм – врожденное неразличение красного и зеленого цветов, которое, впрочем, не опасно для жизни.
Признаки, сцепленные с полом. Аутосомы. Половые хромосомы. Гомогаметный пол. Гетерогаметный пол.
1. Какие типы хромосом вам известны?
2. Что такое гомогаметный и гетерогаметный пол?
3. Как наследуется пол у млекопитающих?
4. Какие другие варианты хромосомного и нехромосомного определения пола у живых организмов вам известны? Приведите конкретные примеры.
5. Мужской или женский пол у человека является гетерогаметным?
6. Имеются ли различия по числу хромосом между маткой и рабочими особями медоносной пчелы?
Мужской пол часто называют сильным. Однако с точки зрения генетики это не так. Мужской организм менее устойчив ко многим неблагоприятным воздействиям: инфекциям, кровопотере, стрессу и т. д. В связи с этим отношение полов 1:1 в популяциях людей нарушено: на 100 девочек рождается 106 мальчиков. Механизм этого явления пока неясен. К 18 годам соотношение становится нормальным – 1:1, к 50 годам на 100 женщин остается 85 мужчин, а к 80 годам – только 50!
§ 46. Изменчивость
1. Что такое наследственность?
2. Что такое изменчивость?
Виды изменчивости. Всеобщее свойство живых организмов приобретать отличия от особей как других видов, так и своего вида называют изменчивостью. Конечно, однояйцевые близнецы очень похожи, но всегда есть хотя бы одна родинка, которая их отличает. А если, к примеру, один из близнецов увлекается культуризмом, а другой – шахматами, то различия в их фенотипе будут выражены очень заметно.
Различают два вида изменчивости: модификационную (фенотипическую) и наследственную (генотипическую).
Модификационная изменчивость. Все признаки живого организма определяются комбинацией генов, составляющих генотип этого организма. Однако гены постоянно испытывают воздействия со стороны внешней среды, и степень проявления действия генов может быть различной.
Если путем вегетативного размножения получить несколько кустов, например, крыжовника из одного, «родительского» куста, то генотипы новых кустов будут абсолютно одинаковы. Однако фенотипы их обязательно будут отличаться. Эти различия в числе и размере листьев, длине стеблей и т. п. будут вызваны различной степенью воздействия факторов внешней среды: влажности, освещенности, качества почвы.
Такие изменения признаков организма, которые не затрагивают его гены и не могут передаваться следующим поколениям, называются модификационными, а этот вид изменчивости – модификационной. Чаще всего модификациям подвержены количественные признаки – рост, вес, плодовитость и т. п.
Классическим примером модификационной изменчивости может служить изменчивость формы листьев у растения стрелолиста, укореняющегося под водой. У одной особи стрелолиста бывают три вида листьев (рис. 65), в зависимости от того, где лист развивается: под водой, на поверхности или на воздухе. Эти различия в форме листьев определяются степенью их освещенности, а набор генов в клетках каждого листа одинаков.
Для различных признаков и свойств организма характерна большая или меньшая зависимость от условий окружающей среды. Например, у человека цвет радужки и группа крови определяются только соответствующими генами, и условия жизни на эти признаки влиять не могут. А вот рост, вес, физическая выносливость сильно зависят от внешних условий, например от качества питания, физической нагрузки и др. Пределы модификационной изменчивости какого-либо признака называют нормой реакции. Норма реакции обусловлена генетически и наследуется.
Рис. 65. Различная форма надводных и подводных листьев стрелолиста
Изменчивость признака иногда бывает очень большой, но она не может выходить за пределы нормы реакции. У одних признаков норма реакции очень широка (например, настриг шерсти с овец, молочность коров), а другие признаки характеризуются узкой нормой реакции (окрас шерсти у кроликов).
Из сказанного выше следует очень важный вывод. Наследуется не сам признак, а способность проявлять этот признак в определенных условиях, иными словами, наследуется норма реакции организма на внешние условия.
Итак, можно перечислить следующие основные характеристики модификационной изменчивости:
– модификационные изменения не передаются потомкам;
– модификационные изменения возникают у многих особей вида и зависят от воздействия окружающей среды;
– модификационные изменения возможны только в пределах нормы реакции, т. е. в конечном счете они определяются генотипом.
Наследственная изменчивость. Наследственная изменчивость обусловлена изменениями в генетическом материале и является основой разнообразия живых организмов, а также главной причиной эволюционного процесса, так как она поставляет материал для естественного отбора.
Наследственная изменчивость проявляется в двух формах – комбинативной и мутационной.
В основе комбинативной изменчивости лежит половой процесс, в результате которого возникает огромный набор разнообразных генотипов.
В клетках каждого человека содержится 23 материнских и 23 отцовских хромосомы. При образовании гамет в каждую из них попадут лишь 23 хромосомы, и сколько из них будет от отца и сколько от матери – дело случая. В этом и кроется первый источник комбинативной изменчивости.
Вторая ее причина – кроссинговер. Мало того что каждая наша клетка несет хромосомы дедушек и бабушек, определенная часть этих хромосом получила в результате кроссинговера часть своих генов от гомологичных хромосом, принадлежавших ранее другой линии предков. Такие хромосомы называют рекомбинантными. Участвуя в формировании организма нового поколения, они приводят к неожиданным комбинациям признаков, которых не было ни у отцовского, ни у материнского организма.
Наконец, третья причина комбинативной изменчивости – случайный характер встреч тех или иных гамет в процессе оплодотворения.
Все три процесса, лежащие в основе комбинативной изменчивости, действуют независимо друг от друга, создавая огромное разнообразие всевозможнейших генотипов.
Возникновение изменений в наследственном материале, т. е. в молекулах ДНК, называют мутационной изменчивостью. Причем изменения могут происходить как в отдельных молекулах (хромосомах), так и в числе этих молекул. Мутации происходят под влиянием разнообразных факторов внешней и внутренней среды.
Впервые термин «мутация» был предложен в 1901 г. голландским ученым Г. де Фризом, описавшим самопроизвольные мутации у растений. Мутации появляются редко, но приводят к внезапным скачкообразным изменениям признаков, передающихся из поколения в поколение.
Изменчивость. Норма реакции. Модификационная изменчивость. Наследственная изменчивость. Комбинативная изменчивость. Мутационная изменчивость.
1. Какие виды изменчивости вам известны?
2. Каковы основные признаки модификационной изменчивости?
3. Что такое норма реакции?
4. Какие формы наследственной изменчивости вы знаете?
5. Каковы причины комбинативной изменчивости?
Так как степень проявления признака (в настоящее время сказали бы действия генов) зависит от условий внешней среды, то русским селекционером И. В. Мичуриным было предположено, что, меняя условия существования какого-либо гибридного растения, можно воздействовать и на то, какой признак (ген) проявится сильнее, а какой – слабее. Экспериментальным путем он установил, что гибриды чаще проявляют свойства, необходимые для существования именно в данных условиях. Мичурин скрещивал грушу южного сорта с дикой уссурийской грушей, а гибрид выращивал в условиях средней полосы России. При этом у растения проявлялись признаки холодоустойчивости, свойственные уссурийской груше. Это получило условное название «управление доминированием».
Данное произведение размещено по согласованию с ООО «ЛитРес» (20% исходного текста). Если размещение книги нарушает чьи-либо права, то сообщите об этом.