Изменчивость – это возникновение индивидуальных различий. На основе изменчивости организмов появляется генетическое разнообразие форм, которые в результате действия естественного отбора преобразуются в новые подвиды и виды. Различают изменчивость модификационную, или фенотипическую, и мутационную, или генотипическую.
ТАБЛИЦА Сравнительная характеристика форм изменчивости (Т.Л. Богданова. Биология. Задания и упражнения. Пособие для поступающих в ВУЗы. М.,1991)
| 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 |
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 |
Модификационная изменчивость
Модификационная изменчивость не вызывает изменений генотипа, она связана с реакцией данного, одного и того же генотипа на изменение внешней среды: в оптимальных условиях выявляется максимум возможностей, присущих данному генотипу. Так, продуктивность беспородных животных в условиях улучшенного содержания и ухода повышается (надои молока, нагул мяса). В этом случае все особи с одинаковым генотипом отвечают на внешние условия одинаково (Ч. Дарвин этот тип изменчивости назвал определенной изменчивостью). Однако другой признак – жирность молока – слабо подвержен изменениям условий среды, а масть животного – еще более устойчивый признак. Модификационная изменчивость обычно колеблется в определенных пределах. Степень варьирования признака у организма, т. е. пределы модификационной изменчивости, называется нормой реакции.
Широкая норма реакции свойственна таким признакам, как удои молока, размеры листьев, окраска у некоторых бабочек; узкая норма реакции – жирности молока, яйценоскости у кур, интенсивности окраски венчиков у цветков и др.
Фенотип формируется в результате взаимодействий генотипа и факторов среды. Фенотипические признаки не передаются от родителей потомкам, наследуется лишь норма реакции, т. е. характер реагирования на изменение окружающих условий. У гетерозиготных организмов при изменении условий среды можно вызвать различные проявления данного признака.
Свойства модификаций: 1) ненаследуемость; 2) групповой характер изменений; 3) соотнесение изменений действию определенного фактора среды; 4) обусловленность пределов изменчивости генотипом.
Генотипическая изменчивость
Генотипическая изменчивость подразделяется на мутационную и комбинативную. Мутациями называются скачкообразные и устойчивые изменения единиц наследственности – генов, влекущие за собой изменения наследственных признаков. Термин «мутация» был впервые введен де Фризом. Мутации обязательно вызывают изменения генотипа, которые наследуются потомством и не связаны со скрещиванием и рекомбинацией генов.
Классификация мутаций. Мутации можно объединять, в группы – классифицировать по характеру проявления, по месту или, по уровню их возникновения.
Мутации по характеру проявления бывают доминантными и рецессивными. Мутации нередко понижают жизнеспособность или плодовитость. Мутации, резко снижающие жизнеспособность, частично или полностью останавливающие развитие, называют полулетальными а несовместимые с жизнью – летальными. Мутации подразделяют по месту их возникновения. Мутация, возникшая в половых клетках, не влияет на признаки данного организма, а проявляется только в следующем поколении. Такие мутации называют генеративными. Если изменяются гены в соматических клетках, такие мутации проявляются у данного организма и не передаются потомству при половом размножении. Но при бесполом размножении, если организм развивается из клетки или группы клеток, имеющих изменившийся – мутировавший – ген, мутации могут передаваться потомству. Такие мутации называют соматическими.
Мутации классифицируют по уровню их возникновения. Существуют хромосомные и генные мутации. К мутациям относится также изменение кариотипа (изменение числа хромосом).. Полиплоидия – увеличение числа хромосом, кратное гаплоидному набору. В соответствии с этим у растений различают триплоиды (Зп), тетраплоиды (4п) и т. д. В растениеводстве известно более 500 полиплоидов (сахарная свекла, виноград, гречиха, мята, редис, лук и др.). Все они выделяются большой вегетативной массой и имеют большую хозяйственную ценность.
Большое многообразие полиплоидов наблюдается в цветоводстве: если одна исходная форма в гаплоидном наборе имела 9 хромосом, то культивируемые растения этого вида могут иметь 18, 36, 54 и до 198 хромосом. Полиплоиды пблучают в результате воздействия на растения температуры, ионизирующей радиации, химических веществ (колхицин), которые разрушают веретено деления клетки. У таких растений гаметы диплоидны, а при слиянии с гаплоидными половыми клетками партнера в зиготе возникает триплоидный набор хромосом (2п + п = Зп). Такие триплоиды не образуют семян, они бесплодны, но высокоурожайны. Четные полиплоиды образуют семена.
Гетероплоидия – изменение числа Хромосом, не кратное гаплоидному набору. При этом набор хромосом в клетке может быть увеличен на одну, две, три хромосомы (2п + 1; 2п + 2; 2п + 3) или уменьшен на одну хромосому (2л-1). Например, у человека с синдромом Дауна оказывается одна лишняя хромосома по 21-й паре и кариотип такого человека составляет 47 хромосом У людей с синдромом Шерешевского – Тернера (2п-1) отсутствует одна Х-хромосома и в кариотипе остается 45 хромосом. Эти и другие подобные отклонения числовых отношений в кариотипе человека сопровождаются расстройством здоровья, нарушением психики и телосложения, снижением жизнеспособности и др.
Хромосомные мутации связаны с изменением структуры хромосом. Существуют следующие виды перестроек хромосом: отрыв различных участков хромосомы, удвоение отдельных фрагментов, поворот участка хромосомы на 180° или присоединение отдельного участка хромосомы к другой хромосоме. Подобное изменение влечет за собой нарушение функции генов в хромосоме и наследственных свойств организма, а иногда и его гибель.
Генные мутации затрагивают структуру самого гена и влекут за собой изменение свойств организма (гемофилия, дальтонизм, альбинизм, окраска венчиков цветков и т. д.). Генные мутации возникают как в соматических, так и в половых клетках. Они могут быть доминантными и рецессивными. Первые проявляются как у гомозигот, так и. у гетерозигот, вторые – только у гомозигот. У растений возникшие соматические генные мутации сохраняются при вегетативном размножении. Мутации в половых клетках наследуются при семенном размножении растений и при половом размножении животных. Одни мутации оказывают на организм положительное действие, другие безразличны, а третьи вредны, вызывая либо гибель организма, либо ослабление его жизнеспособности (например, серповидноклеточная анемия, гемофилия у человека).
При выведении новых сортов растений и штаммов микроорганизмов используют индуцированные мутации, искусственно вызываемые теми или иными мутагенными факторами (рентгеновские или ультрафиолетовые лучи, химические вещества). Затем проводят отбор полученных мутантов, сохраняя наиболее продуктивные. В нашей стране этими методами получено много хозяйственно перспективных сортов растений: неполегающие пшеницы с крупным колосом, устойчивые к заболеваниям; высокоурожайные томаты; хлопчатник с крупными коробочками и др.
Свойства мутаций:
1. Мутации возникают внезапно, скачкообразно.
2. Мутации наследственны, т. е. стойко передаются из поколения в поколение.
3. Мутации ненаправденны – мутировать может любой локус, вызывая изменения как незначительных, так и жизненно важных признаков.
4. Одни и те же мутации могут возникать повторно.
5. По своему проявлению мутации могут быть полезными и вредными, доминантными и рецессивными.
Способность к мутированию – одно из свойств гена. Каждая отдельная мутация вызывается какой-то причиной, но в большинстве случаев эти причины неизвестны. Мутации связаны с изменениями во внешней среде. Это убедительно доказывается тем, что путем воздействия внешними факторами удается резко повысить их число.
Комбинативная изменчивость
Комбинативная наследственная изменчивость возникает в результате обмена гомологичными участками гомологичных хромосом в процессе мейоза, а также как следствие независимого расхождения хромосом при мейозе и случайного их сочетания при скрещивании. Изменчивость может быть обусловлена не только мутациями, но и сочетаниями отдельных генов и хромосом, новая комбинация которых при размножении приводит к изменению определенных признаков и свойств организма. Такой тип изменчивости называют комбинативной наследственной изменчивостью. Новые комбинации генов возникают: 1) при кроссинговере, во время профазы первого мейотического деления; 2) во время независимого расхождения гомологичных хромосом в анафазе первого мейотического деления; 3) во время независимого расхождения дочерних хромосом в анафазе второго мейотического деления и 4) при слиянии разных половых клеток. Сочетание в зиготе рекомбинированных генов может привести к объединению признаков разных пород и сортов.
В селекции важное значение имеет закон гомблогических рядов наследственной изменчивости, сформулированный советским ученым Н. И. Вавиловым. Он гласит: внутри разных видов и родов, генетически близких (т. е. имеющих единое происхождение), наблюдаются сходные ряды наследственной изменчивости. Такой характер изменчивости выявлен у многих злаков (рис, пшеница, овес, просо и др.), у которых сходно варьируют окраска и консистенция зерна, холодостойкость и иные качества. Зная характер наследственных изменений у одних сортов, можно предвидеть сходные изменения у родственных видов и, воздействуя на них мутагенами, вызывать у них подобные полезные изменения, что значительно облегчает получение хозяйственно ценных форм. Известны многие примеры гомологической изменчивости и у человека; например, альбинизм (дефект синтеза клетками красящего вещества) обнаружен у европейцев, негров и индейцев; среди млекопитающих – у грызунов, хищных, приматов; малорослые темнокожие люди – пигмеи – встречаются в тропических лесах экваториальной Африки, на Филиппинских островах и в джунглях полуострова Малакки; некоторые наследственные дефекты и уродства, присущие человеку, отмечены и у животных. Таких животных используют в качестве модели для изучения аналогичных дефектов у человека. Например, катаракта глаза бывает у мыши, крысы, собаки, лошади; гемофилия – у мыши и кошки, диабет – у крысы; врожденная глухота – у морской свинки, мыши, собаки; заячья губа – у мыши, собаки, свиньи и т. д. Эти наследственные дефекты – убедительное подтверждение закона гомологических рядов наследственной изменчивости Н. И. Вавилова.
Таблица. Сравнительная характеристика форм изменчивости (Т.Л. Богданова. Биология. Задания и упражнения. Пособие для поступающих в ВУЗы. М.,1991)
| Характеристика | Модификационная изменчивость | Мутационная изменчивость |
| Объект изменения | Фенотип в пределах нормы реакции | Генотип |
| Отбирающий фактор | Изменение условий окружающей
среды |
Изменение условий окружающей среды |
| Наследование при
знаков |
Не наследуются | Наследуются |
| Подверженность изменениям хромосом | Не подвергаются | Подвергаются при хромосомной мутации |
| Подверженность изменениям молекул ДНК | Не подвергаются | Подвергаются в случае
генной мутации |
| Значение для особи | Повышает или
понижает жизнеспособность. продуктивность, адаптацию |
Полезные изменения
приводят к победе в борьбе за существование, вредные – к гибели |
| Значение для вида | Способствует
выживанию |
Приводит к образованию новых популяций, видов и т. д. в результате дивергенции |
| Роль в эволюции | Приспособление
организмов к условиям среды |
Материал для естественного отбора |
| Форма изменчивости | Определенная
(групповая) |
Неопределенная (индивидуальная), комбинативная |
| Подчиненность закономерности | Статистическая
закономерность вариационных рядов |
Закон гомологических
рядов наследственной изменчивости |
Что такое изменчивость организмов? Какие виды изменчивости вам известны?
2) Кроссенговер
3) Случайное слияние гамет
http://ekonayka.narod.ru/terra.html- Замедление сердцебиения, снижение температуры тела - это тоже изменчивость организма, чтобы приспособиться для длительной зимней спячки, например.
- Изменчивость это универсальное свойство живых организмов приобретать новые признаки под действием среды (как внешней, так и внутренней) .
Различают два вида изменчивости: фенотипическую (модификационная) и генотипическую.
Фенотипическая изменчивость это изменение организмов под действием факторов среды и эти изменения не наследуются. Эта изменчивость не затрагивает гены организма, наследственный материал не изменяется.
Модификационная изменчивость признака может быть очень велика, но она всегда контролируется генотипом организма.
Границы фенотипической изменчивости, контролируемые генотипом организма, называют нормой реакции. Широкая норма реакции приводит к повышению выживаемости. Интенсивность модификационной изменчивости можно регулировать. Модификационная изменчивость направлена.
К статистическим закономерностям модификационной изменчивости относятся вариационный ряд изменчивости признака и вариационная кривая.
Вариационный ряд представляет ряд вариант, (есть значений признака) расположенных в порядке убывания или возрастания (например: если собрать листья с одного и того же дерева и расположить их по мере увеличения длины листовой пластинки, то получается вариационный ряд изменчивости данного признака) .
Вариационная кривая это графическое изображение зависимости между размахом изменчивости признака и частотой встречаемости отдельных вариант данного признака. Наиболее типичный показатель признака это его средняя величина, то есть среднее арифметическое вариационного ряда.
Различают следующие виды фенотипической изменчивости: модификации, морфозы и фенокопии.
Модификации это ненаследственные изменения генотипа, которые возникают под действием фактора среды, носят адаптивный характер и чаще всего обратимы (например: увеличение эритроцитов в крови при недостатке кислорода) .
Морфозы это ненаследственные изменения фенотипа, которые возникают под действием экстремальных факторов среды, не носят адаптивный характер и необратимы (например: ожоги, шрамы) .
Фенокопии это ненаследственное изменение генотипа, которое напоминает наследственные заболевания (увеличение щитовидной железы на территории, где в воде или земле не хватает йода) .Генотипическая изменчивость - при генотипической изменчивости происходит изменение наследственного материала и, обычно, эти изменения наследуются. Это основа разнообразия живых организмов.
Различают два вида генотипической изменчивости: мутационная и комбинативная.
Комбинативная изменчивость основывается на возникновении новых комбинаций генов родителей. При комбинативной изменчивости в результате слияния родительских гамет возникают новые комбинации генов, однако сами гены и хромосомы остаются неизменными (пример: каждый новый организм является новый комбинацией генов родителей) .
Механизмы комбинативной изменчивости:
1) независимое расхождение хромосом в анафазу мейоза.
2) Кроссенговер
3) Случайное слияние гамет
4) Случайный подбор родительских пар
Мутационная изменчивость в основе этой изменчивости лежит изменение структуры гена, хромосомы или изменения числа хромосом.
Мутация это спонтанное изменение генетического материала. Мутации возникают под действием мутагенных факторов:
А) физических (радиация, температура, электромагнитное излучение) ;
Б) химических (вещества, которые вызывают отравление организма: алкоголь, никотин, колхицин, формалин) ;
В) биологических (вирусы, бактерии) .
Различают несколько классификаций мутаций.
Классификация 1.
Мутации бывают полезные, вредные и нейтральные. Полезные мутации: мутации, которые приводят к повышенной устойчивости организма (устойчивость тараканов к ядохимикатам) . Вредные мутации: глухота, дальтонизм. Нейтральные мутации: мутации никак не отражаются на жизнеспособности организма (цвет глаз, группа крови) .
Классификация 2.
Мутации бывают соматические и генеративные. Соматические (чаще всего они не наследуются) возникают в соматических клетках и затрагивают лишь часть тела. Они бу
Изменчивость – это свойство живых организмов, которое заключается в том, что они могут существовать в различных вариантах в ходе своего индивидуального развития при половом или бесполовом размножении. Изменчивость в свою очередь разделяется на несколько типов:
- наследственная;
- модификационная;
- мутационная;
- онтогенетическая.
Что такое изменчивость в разных ее видах? Давайте разберем, каждый тип по отдельности.
Что такое наследственная изменчивость
Наследственная изменчивость – это свойство, которое задействует изменение фенотипа и при этом существенно появляются новые генотипы. Перестраивается весь наследственный материал. Эта изменчивость обусловлена возникновением разных типов мутаций и их комбинаций в последующих скрещиваниях
Что такое модификационная изменчивость
Теперь узнаем, что такое модификационная изменчивость. Модификационная – это тип изменчивости, который контролируется генотипом организма и при этом наследственный материал не перестраивается, а сама изменчивость зависит от множества факторов окружающей среды.
Что такое мутационная изменчивость
Мутационная изменчивость характеризуется изменением наследственного материала, при этом может меняться сама структура хромосомы и генов, их число. Как правило, мутационная изменчивость проходит спонтанно.
Что такое онтогенетическая изменчивость
Онтогенетическая – заключается в развитии и росте, а также при этапах развития живых организмов. Как правило, при такой изменчивости проходит различие между молодыми и старшими, более взрослыми организмами.
Когда мутации сохраняются и накапливаются в генофонде популяций, образуется специальный «резерв наследственной изменчивости», который состоит из активных гетерозигот.
Мутации
А теперь давайте поговорим подробнее о мутациях. Мутация – это спонтанное изменение числа хромосом и их структуры. В свою очередь делится на три типа:
- Генная мутация. В материале происходят процессы, которые ведут к изменению старых, а также появлению новых признаков в разных направлениях, в том числе и физиологических. Например, в бактерий могут изменятся цвет и форма.
- Хромосомные мутации – это, мутации, которые изначально способствуют изменениям в структуре и числе хромосом.
- Геномные мутации делятся на полиплоидию и аутоплоидию. Полиплоидия: каждому из видов организмов присущ характерный набор хромосом. Аутоплоидия: у полиплоидов повторяется основной набор хромосом.
Что такое резерв наследственной изменчивости
Это "мобилизационный" резерв мутаций. С помощью этого резерва вохникают различные комбинации, новшества последующих поколений.
Изменчивость – как биологическое понятие рассматривалось достаточно давно, и оно имеет свою историю. Фактически, можно говорить, что изучение «изменчивости» берет свое начало ещё из возрождения такой науки как биология, а это более 3000 лет тому назад.
Самыми первыми, кто рассуждал об изменчивости, были грецкие натурфилософы – Платон, Фалес, Анаксимандр, Гераклит. Именно Гераклит сказал фразу, которая и стала легендарной, даже пользуется популярностью сейчас: «Все течет, все изменяется». Он имел в виду, что жизнь не стоит на месте, люди начинают познавать новое и активно применять свои знания на практике. А также то, что когда проходит некоторое время, все и в правду меняется. Позднее, люди уже стали понимать, что процессы изменчивости являются биологически важными. Ведь они наблюдали, как стареют деревья, как они изменяют свою форму и цвет – а это уже становилось великим интересом, люди стали проводить опыты, в том числе и над людьми, как «видом». Они на себе испытывали молодость и старение – а это, как известно и есть «изменчивость». Со временем люди уже сделали достаточно много, как биологических, так и открытий в других науках. И нам становится ясно, что Гераклит был прав: «Все протекло, и все изменилось». Как видите, биология тесно повязана с жизнью людей, ведь люди – это и есть субъекты биологии, - одной из самых древних и интересных наук на Земле.
А наша увлекательная статья подходит к концу. Желаю приятного изучения биологии. Старайтесь, учитесь и развивайте в себе все необходимые знания, ведь знания – это наша жизнь.
Изменчивость – это общее свойство живых организмов приобретать новые признаки различия между особями одного вида. Изменчивость приводит к разнообразию представителей любого пола. Благодаря изменчивости организмы приспосаб-ливаются к жизни в различных условиях.
Изменчивость бывает:
Фенотипическая (модификационная, ненаследственная)
Генотипическая (мутационная и комбинативная).
Фенотипическая (модификационная, непрерывная, онтогенетическая, ненаследственная) - изменчивость, которая возникает у организмов при их росте и развитии в разных условиях среды. Она не связана с изменением генотипа.
Онтогенетическая изменчивость – разновидность фенотипической изменчивости, связана с развитием организма в процессе онтогенеза, при этом генотип не изменяется, а
фенотип меняется в соответствии с каждым этапом развития, благодаря морфогенезу. Морфогенез – это возникновение новых структур на каждом этапе развития, определяемое генотипом.
Модификационная изменчивость – отражает изменение фенотипа под действием средовых факторов, но не затрагивающих генотип и определяемых им. Модификационная изменчивость разных признаков колеблется в четких границах, которые определяются генотипом. Пределы модификационной изменчивости называют – нормой реакции.(собачку до слона откормить нельзя).
Фенокопии – изменение признака под влиянием внешних факторов в процессе его развития, зависящего от определенного генотипа, ведущего к копированию признаков, характерных для другого генотипа или его отдельных элементов.
Фенокопии не наследуются, так как генотип не меняется.
Примером проявления фотокопий могут служить заболевания, приводящие к кретинизму, которые могут обуславливаться наследственными и средовыми(в частности отсутствия йода в рационе ребенка, независимо от его генотипа) факторами.
Генотипическая изменчивость – изменения, произошедшие в структуре генотипа и передаваемые по наследству. Различают: мутационную и комбинативную изменчивость.
Комбинативная изменчивость – возникла с появлением полового размножения, она связана с перекомбинациями генов родителей, является источником бесконечного многообразия сочетаемых признаков. Комбинативная изменчивость обуславливается участием гамет в оплодотворении, имеющих различные перекомбинации хромосом родителей. При этом минимальное число возможных сортов гамет у мужчин и у женщин определяется как 2/23 степени без учета кроссинговера.
Рекомбинации родительских генов обеспечиваются: -кроссинговером в профазе 1 мейоза
Свободным комбинированием хромосом, в которых линейно расположены гены.
Случайной встречей гамет с различным набором генов.
Интенсивной миграцией людей.
Комбинативная изменчивость помогает приспособиться к окружающей среде, способствует выживанию видов.
Кроссинговер (при мейозе хромосома тесно переплетается с другой, гомологичной ей хромосомой, происходит разрыв хромосом и перекрёстный обмен гомологичными участками
Мутационная изменчивость – Связана с процессомобразо-вания мутаций.- Является результатом стойких изменений генов или хромосом.
Мутациями
называют прерывистое, внезапное, без переходных состояний изменение признаков и свойств организма. Они устойчивы во времени и происходят применительно к одному признаку в различных направлениях.
Факторы, вызывающие мутации, называют мутагентами. Мутагенты бывают физические, химические и биологические.
4.1. Физические мутагенты
К физическим мутагентам относят:
Электромагнитные излучения (лучи Рентгена и гамма-лучи);
- корпускулярные излучения (протоны, нейтроны);
- действие низкой температуры;
- действие высокой температуры;
- ультразвук.
4.2. Химические мутагенты
К химическим относят:
Фармакологические - различные лекарственные препараты (раствор йодистого калия, аммиак);
- промышленные - используемые в промышленности вещества- в производстве текстильных тканей, формальдегид - в производстве искусственных смол, натрий-бисульфит - в пищевой промышленности).
5. МУТАГЕНЕЗ
Химические мутагенты вызывают преимущественно точковые (генные) мутации, влияющие на физиологические и количественные признаки. Биологические мутагенты вызывают также различные хромосомные мутации.
Мутации классифицируют в различных направлениях.
Процесс возникновения мутаций называется мутагенезом.
По причине возникновения мутаций различают:
1. Спонтанные мутации возникает без видимых конкретных причин. На земную биосферу постоянно действуют ионизирующие излучения в виде космических лучей и находящихся в земной коре радиоактивных элементов - урана, тория, радия, радиоактивных изотопов (40)К, (90)С, а также различные химические вещества. Под их действием у животных, растений, человека спонтанно постоянно происходят мутации.
2. Индуцированные называют мутации, возникающие под воздействием мутагенных факторов, но, в отличие от спонтанных, при индуцированных мутаций различные мутагены применяют целенаправленно, для получения мутантных организмов с целью создания новых сортов и видов животных и растений.
. По месту возникновения в организме мутации подразделяют на:
Соматические;
- генеративные.
КЛАССИФИКАЦИЯ МУТАЦИЙ
6.1. По действию на организм мутации подразделяют на:
- морфологические;
- физиологические;
- биохимические.
Морфологические мутации изменяют проявление любого внешнего признака.
Физиологические мутации вызывают изменение функций любого органа, рост и развитие организма.
Биохимические мутации вызывают различные изменения химического состава клеток и тканей.
6.2. По проявлению мутации могут быть:
Доминантные;
- рецессивные.
Классификация мутаций по их действию на наследственные структуры
Влияние мутаций на наследственные структуры клеточного ядра неодинаково, поэтому возникают различные мутации.
Можно выделить три типа мутаций:
1. Изменение структуры гена - генные мутации.
2. Изменение структуры хромосом - хромосомные мутации.
3. Изменение числа хромосом (перестройка генома) - геномные мутации.
Генные мутации
Ген - это единица генетической информации, обладающая функцией программирования синтеза определенного белка в клетке, связанная последовательностью нуклеотидов в ДНК и РНК.
Гены состоят из ряда линейно расположенных участков, потенциально способных к изменению (мутированию). Каждый такой участок может существовать в нескольких альтернативных формах, и между различными участками может происходить кроссинговер.
Генные мутации могут определяться:
Потерей нуклеотидов;
- удвоением нуклеотидов;
- вставкой нуклеотидов;
- изменением порядка нуклеотидов.
Но, наряду с генными мутациями, существуют также естественные мутационные барьеры, ограничивающие неблагоприятные последствия.
Хромосомные мутации
Хромосомные мутации изменяют дозу некоторых генов, вызывают перераспределение генов между группами сцепления, меняют локализацию в группе сцепления, в результате происходят различные отклонения в физическом и психическом развитии особи. Таким образом, хромосомные мутации могут определяться:
- потерей какого-либо участка хромосомы - делецией;
- удвоением какого-либо участка хромосомы - дупликацией;
- поворотом какого-либо участка хромосомы на 18 град. - инверсией;
- обменом участками между двумя негомолигичными хромосомами - транслокацией.
Изменчивость – это всеобщее свойство живых систем, связанное с изменениями фенотипа и генотипа, возникающими под влиянием внешней среды или в результате изменений наследственного материала:
наследственная (генотипическая) изменчивость связана с изменением генотипа. Генотип - совокупность всех генов одного организма, взаимодействующих между собой и передающихся по наследству (это генетическая основа признаков).
ненаследственная (модификационная) изменчивость связана с изменением фенотипа. Фенотип - совокупность всех внешних наблюдаемых нами признаков организма (морфологических, физиологических, биохимических, гистологических, анатомических, поведенческих и др.).
Ненаследственная (модификационная, фенотипическая) изменчивость - изменение признаков и свойств организма, формирование фенотипа индивидуальной особи под влиянием ее генотипа и условий среды, в которых протекает развитие:
модификации - ненаследственные изменения фенотипа, которые возникают под действием фактора среды, носят адаптивный характер, чаще всего обратимы (повышение эритроцитов в крови при недостатке кислорода)
морфозы - ненаследственные изменения фенотипа, которые возникают под действием экстремальных факторов среды, не носят адаптивный характер, необратимы (ожоги, шрамы)
фенокопии - ненаследственные изменения фенотипа, которые напоминают наследственное заболевание (увеличение щитовидной железы у жителей территорий, где наблюдается недостаток йода).
Проявление гена зависит от других генов генотипа, регуляторных влияний со стороны эндокринной системы. При одинаковом генотипе в разных условиях среды признаки могут быть различными. Наследуется не сам признак, а способность формировать определенный фенотип в конкретных условиях среды (наследуется определенная норма реакции ).
Норма реакции признака - пределы, степень, диапазон изменяемости признака в зависимости от условий среды. Широта нормы реакции обусловлена генотипом и зависит от важности признака в жизнедеятельности организма. Разные признаки одного организма имеют неодинаковую норму реакции . Качественные признаки обладают узкой нормой реакции , допускающей единственный вариант реализации (например, обеспечение постоянного для организмов данного вида строения, размеров органов; рост человека, цвет глаз). Количественные признаки обычно имеют широкую норму реакции (удойность коров, яйценоскость кур).
Наличие нормы реакции позволяет организмам приспосабливаться к изменяющимся условиям среды и оставлять потомство. Чем шире норма реакции, тем пластичнее признак, больше вероятность выживания вида в изменяющихся условиях среды. Человек использует знания о нормах реакции для получения более высокой продуктивности растений и животных, создавая оптимальные условия их выращивания и содержания. Таким образом, модификационная изменчивость характеризуется рядом особенностей :
затрагивает только фенотип особи (генотип не изменяется, соответственно эта форма изменчивости не наследуется);
определяется условиями существования;
имеет групповой характер сходных изменений, происходящих в соответствии с действием факторов среды и нормой реакции;
обычно имеет приспособительный характер к условиям среды;
изменения носят постепенный характер;
способствует выживанию особей, повышает жизнестойкость, приводит к образованию модификаций.
Модификации образуют вариационный ряд изменчивости признака в пределах нормы реакции от наименьшей до наибольшей величины. Причина вариаций связана с воздействием различных условий на развитие признака. Для определения предела изменяемости признака рассчитывают частоту встречаемости каждой варианты и строят вариационную кривую.
Вариационная кривая - графическое выражение характера изменчивости признака. Средние члены вариационного ряда встречаются чаще, что соответствует среднему значению признака.
Наследственная (генотипическая) изменчивость представлена следующими формами :
комбинативная изменчивость - изменчивость, обусловленная генетической рекомбинацией, происходящей во время мейоза, и приводящей к появлению у потомков новых комбинаций генов и признаков. Источником рекомбинаций является половой процесс , где возможны:
случайное сочетание хромосом при оплодотворении;
перекомбинация генов (кроссинговер), унаследованных от родителей;
случайное расхождение хромосом во время мейоза.
мутационная изменчивость - изменчивость, обусловленная мутациями - качественными или количественными изменениями генотипа.
Мутации - скачкообразные стойкие наследственные изменения структуры (качества) или количества ДНК данного организма, возникающие внезапно и затрагивающие различные признаки, свойства и функции организма.
Таким образом, мутационная изменчивость характеризуется следующими особенностями :
Затрагивает генотип и наследуется;
Носит индивидуальный, скачкообразный характер;
Неадекватна условиям среды;
Может привести к образованию новых признаков, популяций, либо гибели организма.
Существуют различные подходы к классификации мутаций :
А. По отношению к типу клеток (генеративному пути ):
Соматические мутации , возникающие в соматических клетках, не наследуются (за исключением организмов, размножающихся вегетативно). Они распространяются на ту часть тела, которая развилась из измененной клетки. Для видов, размножающихся половым путем, они не имеют существенного значения, но для вегетативно размножающихся растений важны.
Генеративные мутации , возникающие в половых клетках, наследуются (передаются по наследству в ряду поколений).
Б. По причинам возникновения :
Спонтанные (естественные) мутации , возникающие в природе без вмешательства человека.
Индуцированные (искусственные) мутации , вызываемые специальным воздействием искусственных источников (химических, радиационных).
В. По степени приспособительности:
Полезные мутации.
Вредные мутации (чаще вредны).
Безразличные мутации .
Г. По направлению протекания:
Прямые мутации.
Обратные мутации .
Д. По характеру проявления в гетерозиготе:
Доминантные мутации.
Рецессивные мутации (обычно мутации рецессивны и фенотипически у гетерозигот не проявляются).
Е. По локализации в клетке:
Ядерные мутации связаны с изменением хромосомного материала ядра клетки.
Цитоплазматические мутации связаны с изменением структуры ДНК митохондрий и хлоропластов.
Ж. По изменению в фенотипе:
Биохимические мутации.
Физиологические мутации.
Анатомо-морфологические мутации.
Летальные мутации, резко снижающие жизнеспособность.
З. По характеру изменений в генотипе:
1.Генные (точечные) мутации , связанные с заменой, выпадением или добавлением нуклеотидов в молекуле ДНК.Они приводят к изменению кода ДНК, нарушению рамки считывания, что влияет на состав аминокислот в полипептидной цепи белка и его свойства. Часто такие изменения вызывают образование новых измененных белков, блокируют синтез фермента или другого вещества, что в свою очередь ведет к изменению признака и даже гибели организма.
2.Хромосомные мутации , связанные с изменением структуры хромосом.Их можно обнаружить в микроскоп. Различают следующие виды структурных изменений хромосом :
Делеция - утрата участка хромосом
Дупликация - удвоение участка хромосом
Инверсия - перевертывание на 180° отдельного участка хромосом. При этом число генов не изменяется, а изменяется последовательность их расположения
Транслокация - обмен участками между негомологичными хромосомами. В результате изменяются группы сцепления и нарушается гомологичность хромосом
Транспозиция - перемещение отдельного небольшого участка внутри одной хромосомы
Большинство структурных хромосомных мутаций являются вредными для организма и ведут к снижению его жизнеспособности. Исключение составляют перемещения участков из одной хромосомы в другую, приводящие к возникновению ранее не существовавших групп сцепления и появлению особей с новыми качествами, что важно для эволюции и селекции.
3.Геномные мутации , связанные с изменением числа хромосом.
Автополиплоидия (аутополиплоидия ) - кратное увеличение гаплоидного набора хромосом в клетке (кратное увеличение одного и того же генома); возникает при разрушении веретена деления во время митоза или мейоза, либо выпадении процесса цитокинеза (образования клеточной перегородки), завершающего процесс деления, либо отсутствии редукционного деления во время мейоза. Все это приводит к образованию гамет с набором (2п) хромосом и особей с 4п, 6п и более хромосомами. Полиплоидия почти не встречается у животных, но широко распространена у растений. Полиплоиды отличаются от диплоидов более мощным ростом, большими размерами клеток, листьев, цветков, плодов, семян и др. Большинство культурных растений - полиплоиды.
Амополиплоидия (амфиполиплоидия ) - кратное увеличение числа хромосом у гибридов, полученных в результате скрещивания разных видов (кратное умножение гибридного генома). Например, при скрещивании ржи и пшеницы получен гибрид со смешанным геномом (n + т), состоящим из гаплоидного набора хромосом ржи и гаплоидного набора хромосом пшеницы. Полученные таким путем организмы жизнеспособны, но стерильны. Для восстановления фертильности количество хромосом каждого вида удваивается (2n + 2т).
Гетерополиплоидия (анеуплоидия ) - увеличение числа хромосом, не кратное гаплоидному; возникают при нарушении мейоза, когда после конъюгации хромосомы не расходятся, и в одну гамету попадают обе гомологичные хромосомы, а в другую ни одной. Такая мутация приводит к образованию гамет с набором (2n + 1) хромосом. Гетероплоидия вредна для организма. Например, у человека появление лишней хромосомы в 21-й паре вызывает синдром Дауна (слабоумие).
Цитоплазматические мутации связаны с изменением органоидов цитоплазмы, содержащих ДНК. Например, появление пестролистности у растений связано с изменением ДНК хлоропластов; мутации дыхательной недостаточности у дрожжей связаны с изменением ДНК митохондрий. Цитоплазматические мутации наследуются по материнской линии, так как зигота при оплодотворении всю цитоплазму получает от матери.
Закон гомологических рядов Н.И. Вавилова. Н.И. Вавилов, изучая мутации у родственных видов, установил закон гомологических рядов наследственной изменчивости. Виды и роды, генетически близкие, характеризуются сходными рядами наследственной изменчивости. Причины гомологичных одинаковых мутаций - общность происхождения генотипов. Этот закон позволяет предсказать наличие определенного признака у различных родов одного семейства, если его другие роды имеют данный признак. Примерами сходных мутаций у животных является альбинизм и отсутствие шерсти у млекопитающих, альбинизм и отсутствие перьев у птиц, короткопалость у крупного рогатого скота, овец, собак, птиц.
Тематические задания
А1. Под модификационной изменчивостью понимают
1) фенотипическую изменчивость
2) генотипическую изменчивость
3) норму реакции
4) любые изменения признака
А2. Укажите признак с наиболее широкой нормой реакции
1) форма крыльев ласточки
2) форма клюва орла
3) время линьки зайца
4) количество шерсти у овцы
А3. Укажите правильное утверждение
1) факторы среды не влияют на генотип особи
2) наследуется не фенотип, а способность к его проявлению
3) модификационные изменения всегда наследуются
4) модификационные изменения вредны
А4. Укажите пример геномной мутации
1) возникновение серповидно-клеточной анемии
2) появление триплоидных форм картофеля
3) создание бесхвостой породы собак
4) рождение тигра-альбиноса
А5. С изменением последовательности нуклеотидов ДНК в гене связаны
1) генные мутации
2) хромосомные мутации
3) геномные мутации
4) комбинативные перестройки
А6. К резкому повышению процента гетерозигот в популяции тараканов может привести:
1) увеличение количества генных мутаций
2) образование диплоидных гамет у ряда особей
3) хромосомные перестройки у части членов популяции
4) изменение температуры окружающей среды
А7. Ускоренное старение кожи у сельских жителей по сравнению с городскими, является примером
1) мутационной изменчивости
2) комбинационной изменчивости
3) генных мутаций под действием ультрафиолетового излучения
4) модификационной изменчивости
А8. Основной причиной хромосомной мутации может стать
1) замена нуклеотида в гене
2) изменение температуры окружающей среды
3) нарушение процессов мейоза
4) вставка нуклеотида в ген
В1. Какие примеры иллюстрируют модификационную изменчивость
1) загар человека
2) родимое пятно на коже
3) густота шерстяного покрова кролика одной породы
4) увеличение удоя у коров
5) шестипалость у человека
6) гемофилия
В2. Укажите события, относящиеся к мутациям
1) кратное увеличение числа хромосом
2) смена подшерстка у зайца зимой
3) замена аминокислоты в молекуле белка
4) появление в семье альбиноса
5) разрастание корневой системы у кактуса
6) образование цист у простейших
