Ненаследственная изменчивость. Наследственная изменчивость: особенности и значение Биологическое значение наследственной изменчивости
Ненаследственная (фенотипическая) изменчивость – это тип изменчивости, отражающий изменения фенотипа под действием условий внешней среды, не затрагивающих генотип. Степень ее выраженности может определяться генотипом. Фенотипические различия у генетически тождественных особей, возникающие вследствие воздействия факторов внешней среды, называются модификациями . Различают возрастные, сезонные и экологические модификации. Они сводятся к изменению степени выраженности признака. Нарушения структуры генотипа при них не происходит.
Возрастные (онтогенетические) модификации выражаются в виде постоянной смены признаков в процессе развития особи. У человека в процессе развития наблюдаются модификации морфофизиологических и психических признаков. К примеру, ребенок не сможет правильно развиваться и физически и интеллектуально, если в раннем детстве на него не будут оказывать влияние нормальные внешние и социальные факторы. Долгое пребывание ребенка в социально неблагополучной среде может вызвать необратимый дефект его интеллекта.
Онтогенетическая изменчивость, как и сам онтогенез, детерминируется генотипом, где закодирована программа развития особи. Однако особенности формирования фенотипа в онтогенезе обусловлены взаимодействием генотипа и среды. Под влиянием необычных внешних факторов могут происходить отклонения в формировании нормального фенотипа.
Сезонные модификации особей или целых популяций проявляются в виде генетически детерминированной смены признаков, (например, изменение окраски шерсти, появление подпушка у животных), происходящей в результате сезонных изменений климатических условий. Например, при высоких температурах у кролика развивается белая окраска шерсти, а при низких – темная. У сиамских котов в зависимости от сезона года палевая окраска шерсти сменяется на темно-палевую и даже коричневую.
Экологических модификации представляют собой адаптивные изменения фенотипа в ответ на изменение условий среды. Экологические модификации фенотипически проявляются в изменении степени выраженности признака. Они могут возникать на ранних стадиях развития и сохраняться в течение всей жизни особи. Примерами могут служить крупные и мелкие экземпляры растений, выращенные на почвах, содержащих разное количество питательных веществ; низкорослые и слабожизнеспособные особи у животных, развивающиеся в плохих условиях и не получающие достаточного количества необходимых для жизни питательных веществ; число лепестков у цветков печеночницы, поповника, лютика, количество цветков в соцветии у растений и т. д.
Экологические модификации затрагивают количественные (количество лепестков в цветке, потомства у животных, масса животных) и качественные (цвет кожи у человека под влиянием ультрафиолетовых лучей) признаки.
Экологические модификации обратимы и со сменой поколений при условии изменения внешней среды могут не проявиться. Например, потомство низкорослых растений на хорошо удобренных почвах будет нормальной высоты; у человека с кривыми ногами вследствие рахита бывает вполне нормальное потомство. Если же в ряду поколений условия не меняются, степень выраженности признака в потомстве сохраняется то ее принимают за стойкий наследственный признак (длительные модификации). При изменении условий развития длительные модификации не наследуются. Предполагалось, что от хорошо дрессированных животных потомство получается с лучшими «актерскими» данными, чем от недрессированных. Потомство дрессированных животных действительно легче поддается воспитанию, но объясняется это тем, что оно наследует не приобретенные родительскими особями навыки, а способность к дрессировке, обусловленную наследуемым типом нервной деятельности.
В большинстве случаев модификации носят адекватный характер, т.е. степень выраженности признака находится в прямой зависимости от вида и продолжительности действия того или иного фактора. Так, улучшение содержания скота способствует увеличению живой массы животных, плодовитости, удоя и жирности молока. Модификации носят приспособительный, адаптивный характер. Это означает, что в ответ на изменившиеся условия среды у особи проявляются такие фенотипические изменения, которые способствуют ее выживанию. Примером служит содержания эритроцитов и гемоглобина у лиц, оказавшихся высоко над уровнем моря. Но, приспособительны не сами модификации, а способность организма изменяться в зависимости от условий среды.
Одним из основных свойств модификаций является их массовость. Она обусловливается тем, что один и тот же фактор вызывает примерно одинаковое изменение у особей, сходных генотипически.
Модификационная изменчивость вызывается внешними факторами, но предел ее и степень выраженности признака контролируются генотипом. Так, однояйцевые близнецы сходны фенотипически и даже одинаково реагируют на разные условия (например, чаще всего переносят одни и те же заболевания). Но среда существенно влияет на формирование признаков. К примеру, у однояйцевых близнецов веснушки проявляются в разной степени в различных климатических условиях. У животных резкое ухудшение пищевого рациона может привести к похуданию одних и к смерти других особей. У человека при одинаково усиленном питании резко прибавит в массе тела гиперстеник, в меньшей степени - нормастеник, масса же астеника может вообще не измениться. Это свидетельствует о том, что генотип контролирует не только возможность организма изменяться, но и ее пределы. Предел модификации называется нормой реакции . Именно норма реакции, а не сами модификации, наследуется, т.е. наследуется способность к развитию того или иного признака. Норма реакции – это конкретная количественная я качественная характеристика генотипа, т.е. определенное сочетание генов в генотипе и характер их взаимодействия. К числу генных сочетаний и взаимодействий относят:
полигенную детерминацию признаков, когда часть полигенов, контролирующих развитие количественного признака, в зависимости от условий может переходить из гетерохроматинового состояния в эухроматиновое и обратно (предел модификации в данном случае определяется количеством полигенов в генотипе);
смену доминирования у гетерозигот при изменении внешних условий;
различные типы взаимодействия неаллельных генов;
экспрессивность мутации.
Различают признаки с широкой (масса, урожайность и т.д.), узкой (например, процент жира в молоке, количество птенцов у птиц, содержание белков в крови у человека) и однозначной нормой реакции (большинство качественных признаков: масть животных, цвет волос и глаз у человека и др.).
Иногда особи того или иного вида подвергаются влиянию таких вредных факторов, с которыми он не сталкивался в процессе эволюции, а токсичность их настолько велика, что исключает возможность модификационной изменчивости организма, определяемой нормой реакции. Такие агенты могут оказаться летальными, или их действие ограничивается индуцированием уродств развития. Уродства, или аномалии, развития называют морфозами. Морофозы – это различные нарушения формообразовательных процессов в период морфогенеза, приводящие к резкому изменению морфологических, биохимических, физиологических признаков и свойств организма. Примером морфозов служат дефекты развития крыльев и конечностей у насекомых, уродства раковины у моллюсков, уродства физического строения млекопитающих. Примером морфозов у человека является рождение, детей без конечностей, с непроходимостью кишечника, опухолью верхней губы, принявшее характер почти эпидемии в 1961 г. в ФРГ и некоторых странах Западной Европы и Америки. Причиной уродств послужило то, что матери в первые три месяца беременности принимали в качестве успокоительного препарата талидомид. Известен еще ряд веществ (тератогены, или морфогены), вызывающих уродства развития у человека. К ним относятся хинин, галлюциноген ЛСД, наркотики, алкоголь. Морфозы являются новыми, не имеющими исторической базы реакциями организма на необычные вредные факторы среды. Фенотипически они резко отличаются от модификаций: если модификация – это изменение степени выраженности признака, то морфоз – это резко измененный, нередко качественно новый признак.
Морфозы возникают при воздействии вредных агентов (морфогенов) на ранние процессы эмбрионального развития. Эмбриогенез подразделяется на ряд этапов, в течение которых осуществляется дифференциация и рост определенных органов и тканей. Развитие признака начинается коротким периодом, получившим название «критического». В этот период организм отличается высокой чувствительностью и снижением репаративных (восстановительных) возможностей. В случае воздействия морфогенов в критические периоды обычный путь развития зачатка изменяется, так как при этом происходит индуцированная репрессия генов, отвечающих за его формирование. Развитие того или иного органа как бы перескакивает с одного пути на другой. Это приводит к отклонениям от нормального развития фенотипа и к формированию уродств. Нарушения эмбриогенеза иногда носят специфический характер, так как их фенотипическое выражение зависит от стадии развития организма в момент воздействия. Самые разные токсические агенты могут вызывать одинаковые или сходные аномалии, если на организм воздействовать в строго определенный период развития, когда повышена чувствительность соответствующих тканей и органов. Некоторые морфогены (химические вещества) в силу своих структурных особенностей могут вызвать специфические морфозы в результате избирательного воздействия в тот или иной период развития.
Морфозы не носят приспособительного характера, поскольку реакция организма на индицирующие их факторы обычно бывает неадекватной. Частота индуцированных морфозов и чувствительность организмов при этом к вредным агентам-морфогенам контролируется генотипом и различна у разных особей одного и того же вида.
Морфозы фенотипически часто сходны с мутациями и в таких случаях носят название фенокопий. Механизмы возникновения мутаций и фенокопий различны: мутация является следствием изменения структуры гена, а фенокопия – результатом нарушения реализации наследственной информации. Фенокопий могут возникать и вследствие подавления функции определенных генов. В отличие от мутаций, они не наследуются.
МИНИСТЕРСТВО ЗДРАВООХРАНЕНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ
БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МЕДИЦИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
КАФЕДРА ПАТОЛОГИЧЕСКОЙ ФИЗИОЛОГИИ
С. А. Жадан, Т. Н. Афанасьева, Ф. И. Висмонт
РОЛЬ НАСЛЕДСТВЕННОСТИ В ПАТОЛОГИИ
Учебно-методическое пособие
Минск БГМУ 2012
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА НАСЛЕДСТВЕННОЙ ПАТОЛОГИИ
Медицинская генетика и ее задачи
Наследственность - это свойство живых существ и клеток организма передавать свои признаки (анатомо-физиологические особенности) потомкам. Она обеспечивает относительную стабильность вида. Материальными носителями наследственной информации являются гены - участки молекулы ДНК.
Изменчивость - свойство организма и его клеток, проявляющееся в возникновении новых признаков.
В настоящее время известно около 2000 видов наследственной патологии
и генетически детерминированных синдромов. Число их постоянно растет, ежегодно описываются десятки новых форм наследственных болезней . Основными причинами, способствующими увеличению роста наследственной патологии, являются:
– значительные успехи медицины в лечении и предупреждении многих инфекционных болезней;
– возрастающее загрязнение окружающей среды мутагенными агентами;
– увеличение средней продолжительности жизни человека.
Наряду с этим совершенствование методов диагностики и успехи молекулярной биологии позволяют выявлять генетическую природу ряда серьезных заболеваний, ранее не связываемых с аномалиями генома (например, хромосомные болезни).
Генетика - это наука о наследственности и изменчивости организма. Раздел генетики, который занимается изучением наследственности и изменчивости человека с точки зрения патологии, называется медицинской генетикой .
Основными задачами медицинской генетики являются:
1. Изучение наследственных форм патологии, их этиологии, патогенеза, совершенствование диагностики, разработка методов профилактики и лечения.
2. Изучение причин и механизмов наследственно детерминированной предрасположенности и резистентности к различным (в том числе и инфекционной природы) заболеваниям.
3. Изучение роли и значения генетического аппарата в развитии реакций адаптации, компенсации и явлениях декомпенсации.
4. Подробное всестороннее изучение процессов мутагенеза и антимутагенеза, их роли в развитии болезней.
5. Изучение ряда общебиологических проблем: молекулярногенетических механизмов канцерогенеза, роли генетического аппарата в явлениях тканевой несовместимости, аутоиммунных реакциях организма и др.
Понятие о наследственной и врожденной патологии. Фенокопии
Понятия «наследственные болезни» и «врожденные заболевания» далеко не однозначны.
Врожденными называют любые заболевания, проявляющиеся сразу после рождения ребенка. Они могут быть наследственными и ненаследственными.
К числу наследственных болезней относятся лишь те, в основе которых лежат структурные изменения в генетическом материале. Одни из них клинически проявляются уже в первые дни после рождения, другие -в юношеском, зрелом, а иногда и в пожилом возрасте.
Ненаследственные болезни обусловлены действием неблагоприятных факторов среды на развивающийся плод в период беременности и не затрагивают его генетический аппарат.
Фенокопии, причины их развития
В медицинской генетике выделяют еще одно понятие - фенокопии. Фенокопия представляет собой клинический синдром, возникающий под влиянием факторов внешней среды в период эмбрионального развития, сходный по своим проявлениям с наследственным заболеванием, но имеющий негенетическую природу возникновения. Например, такие аномалии, как «волчья пасть », «заячья губа », могут быть и наследственно обусловленными (синдром Патау), и ненаследственными, возникающими в результате нарушения эмбрионального развития. Гипотиреоз наследуется как аутосомно-рецессивный признак, но может встречаться и как фенокопия у людей, проживающих в районах, где питьевая вода бедна йодом. Ранняя глухота может наследоваться как рецессивный или доминантный признак, а может встречаться как фенокопия у детей, рожденных женщинами, переболевшими во время беременности краснухой.
Таким образом, фенокопии представляют собой заболевания, внешне похожие на наследственные болезни, но не связанные с изменением генотипа.
Причинами фенокопии могут быть:
– кислородное голодание плода (внутриутробная гипоксия), вызывающее развитие серьезных дефектов структуры мозга и черепа, микроцефалию;
– эндокринные нарушения в организме беременной женщины (вероятность рождения больного ребенка у такой женщины примерно в 2,5 раза выше);
– инфекционные заболевания беременной женщины (токсоплазмоз, краснуха, сифилис и др.), особенно в ранний период беременности, вызывающие в значительном проценте случаев (до 60–70 %) тяжелые уродства (микроцефалию, глухонемоту, расщелину мягкого неба и др.);
– тяжелая психическая травма и длительные эмоциональные перенапряжения женщины в период беременности;
– лекарственные препараты, обладающие цитотоксическим или антиметаболическим действием;
– хронический алкоголизм родителей (пороки развития у детей непьющих родителей составляют около 2 %, у умеренно пьющих - до 9 %, у сильно пьющих - 74 %) и др.
Классификация болезней с учетом взаимоотношения наследственных и средовых факторов в их развитии. Понятие
о пенетрантности и экспрессивности
В развитии болезни, как и в жизнедеятельности здорового организма, принимают участие два основных фактора: воздействия внешней среды
(внешний фактор) и наследственность (внутренний фактор).
С учетом удельного веса внутреннего и внешнего факторов в развитии болезни выделяют следующие группы заболеваний (Н. П. Бочков, 2002):
1. Собственно наследственные болезни. Причиной этих заболеваний являются аномалии в генетическом аппарате клетки, т. е. мутации (генные, хромосомные и геномные). Среда определяет лишь пенетрантность (частоту проявления аномального гена в популяции особей, обладающих данным геном)
и экспрессивность (степень выраженности действия гена у конкретной особи). К этой группе относятся такие моногенно обусловленные заболевания, как алкаптонурия, фенилкетонурия, гепатоцеребральная дистрофия, гемофилия и др., а также все хромосомные болезни.
2. Экогенетические заболевания . Эта группа наследственных болезней обусловлена мутацией, действие которой проявляется только при воздействии на организм определенного, специфического для данного мутантного гена фактора внешней среды. Для этих болезней и генетическая, и средовая
составляющая представлены однофакторно: индивидуальный ген - специфический к данному гену средовой фактор. К таким заболеваниям относится, например, серповидноклеточная анемия (полудоминантно наследуемая гемоглобинопатия). У гетерозиготных носителей HbS гемолитические кризы, ведущие к анемии, возникают лишь в условиях гипоксии или ацидоза. При наследственной ферментопатии, связанной с дефицитом глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы, аналогичную роль может играть применение лекарств-окислителей, употребление конских бобов, иногда вирусная инфекция.
3. Болезни с наследственной предрасположенностью. Являются результатом взаимодействия генетических и средовых факторов, причем и те, и другие многочисленны. Иногда эти болезни называют многофакторными, или мультифакториальными. К ним относится подавляющее число болезней зрелого и пожилого возраста: гипертоническая болезнь, атеросклероз, ишемическая болезнь сердца, язвенная болезнь желудка и 12-перстной кишки, злокачественные новообразования и др.
Между второй и третьей группой болезней нет четкой разницы. Их часто объединяют в одну группу болезней с наследственной предрасположенностью, различая моногенно и полигенно детерминированную предрасположенность.
4. Болезни, обусловленные факторами среды, от действия которых организм не имеет средств защиты (экстремальные). Это различные травмы
(механическая, электрическая), болезни, возникающие под действием ионизирующей радиации, ожоги, отморожения, особо опасные инфекции и др. Генетический фактор в этих случаях определяет лишь тяжесть болезни, ее исход, в ряде случаев - вероятность возникновения.
Классификация наследственных форм патологии
В связи со сложной природой наследственной патологии существует два основных принципа ее классификации: клинический и генетический.
Клинический принцип классификации подразумевает деление наследственных форм патологии в зависимости от органа или системы, наиболее вовлеченных в патологический процесс. В соответствии с этим критерием выделяют наследственно обусловленные заболевания нервной системы, болезни опорно-двигательного аппарата, кожи, крови и др.
В основу генетической классификации наследственных болезней положен этиологический принцип, а именно тип мутаций и характер их взаимодействия со средой. В соответствии с этим критерием всю наследственную патологию можно разделить на группы:
1) генные болезни, вызываемые генными мутациями;
2) хромосомные болезни, возникающие в результате хромосомных или геномных мутаций;
3) болезни с наследственной предрасположенностью (многофакторные )
- развиваются у лиц с соответствующим сочетанием «предрасполагающих» наследственных и «проявляющих» внешних факторов;
4) генетические болезни соматических клеток ;
5) болезни генетической несовместимости матери и плода .
Каждая из этих групп, в свою очередь, подразделяется в соответствии с более детальной генетической характеристикой и типом наследования.
Этиология наследственных форм патологии. Мутации, их виды. Понятие о мутагенах
Отдельные гены, хромосомы и геном в целом постоянно претерпевают разнообразные изменения. Несмотря на то, что существуют механизмы репарации (восстановления) ДНК, часть повреждений и ошибок сохраняется. Изменения в последовательности и числе нуклеотидов в ДНК называют мутациями.
Мутации - стойкое скачкообразное изменение в наследственном аппарате клетки, не связанное с обычной рекомбинацией генетического материала.
Все мутации классифицируют в соответствии с несколькими критериями. 1. По причине возникновения различают спонтанные и индуцированные
Спонтанные мутации - это мутации, возникшие самопроизвольно под влиянием естественных мутагенов экзоили эндогенного происхождения. Причиной таких мутаций может быть космическое излучение, радиоактивные изотопы, эндогенные химические мутагены (перекиси и свободные радикалы - аутомутагены), образующиеся в организме в процессе обмена веществ. Значительную роль в возникновении спонтанных мутаций играет возраст. У мужчин с возрастом в половых клетках накапливаются генные мутации. У женщин зависимость генных мутаций от возраста не отмечена, но выявлена четкая связь возраста матери с частотой хромосомных заболеваний у потомства.
Индуцированные мутации - это мутации, вызванные направленным воздействием на организм факторов различного происхождения - физических, химических или биологических мутагенов. Распространенность некоторых мутагенов в среде обитания человека представлена в прил. 1.
К физическим мутагенам относятся ионизирующие излучения (α-, β- и γ- лучи, рентгеновское излучение, нейтроны) и УФ-излучение. Особенность ионизирующего излучения состоит в том, что оно может индуцировать мутации
в низких дозах, не вызывающих лучевого поражения.
К химическим мутагенам относят спирты, кислоты, тяжелые металлы, соли и другие соединения. Химические мутагены содержатся в воздухе (мышьяк, фтор, сероводород, свинец и др.), почве (пестициды и другие
химикаты), пищевых продуктах, воде. Установлено, что многие лекарственные препараты обладают выраженной мутагенной активностью (прил. 2). Очень сильным мутагеном является конденсат сигаретного дыма, который содержит бензпирен. Конденсат дыма и поверхностная корочка, образующиеся при обжаривании рыбы и говядины, содержат пиролизаты триптофана, которые являются химическими мутагенами. Особенность химических мутагенов состоит в том, что их действие зависит от дозы и стадии клеточного цикла. Чем выше доза мутагена, тем сильнее мутагенный эффект.
К биологическим мутагенам относятся бактериальные токсины, вирусы кори, краснухи, гриппа, герпеса, антигены некоторых микроорганизмов.
Основные медицинские последствия мутагенеза в различных типах клеток представлены на рис. 1.
2. По виду клеток , в которых произошла мутация, выделяют гаметические, соматические и мозаичные мутации.
Гаметические мутации возникают в половых клетках. Они наследуются потомками и, как правило, обнаруживаются во всех клетках организма. Их последствия сказываются на судьбе потомства и служат причиной наследственных заболеваний.
Рис. 1 . Медицинские последствия мутагенеза в различных типах клеток
Соматические мутации возникают в соматических клетках, носят случайный характер, могут возникать на любой стадии развития, начиная с зиготы. По наследству не передаются.
Мозаичные мутации - это мутации, которые возникают в клетках эмбриона или плода. В результате возникают клеточные линии с различными генотипами. Одни клетки организма имеют нормальный кариотип, а другие - аномальный. Чем раньше в онтогенезе происходит соматическая мутация, тем больше клеток содержит данную мутацию и тем более выражены ее проявления.
3. По значению различают патогенные, нейтральные и благоприятные мутации.
Патогенные мутации приводят к гибели эмбриона (или плода) или к развитию наследственных и врожденных заболеваний. Они делятся на летальные, полулетальные, нелетальные. Летальность может проявляться на уровне гамет, зигот, эмбрионов, плодов, а также после рождения.
Нейтральные мутации обычно не влияют на жизнедеятельность организма (например, мутации, вызывающие появление веснушек на коже, изменение цвета волос, радужной оболочки глаза).
Благоприятные мутации повышают жизнеспособность организма или вида (например, темная окраска кожных покровов у жителей африканского континента).
4 . В зависимости от объема поврежденного материала мутации делятся на генные (изменения в отдельных генах), хромосомные (структурные хромосомные аберрации), геномные (численные хромосомные аберрации).
Антимутагенез. Механизмы действия антимутагенов
Антимутагенез - это процесс подавления спонтанных и индуцированных мутаций. Вещества, обладающие такими свойствами, называются антимутагенами. Некоторые из них приведены в прил. 3.
Существуют различные принципы классификации антимутагенов:
1) по происхождению: экзогенные и эндогенные, внутриклеточные и внеклеточные;
2) механизму действия;
3) химическому строению и антиканцерогенным свойствам.
К экзогенным относят антимутагены:
– незаменимые аминокислоты (метионин, гистидин, аргинин, глютаминовая кислота и др.);
– витамины и провитамины (преимущественно А, Е, С, К);
– полиненасыщенные жирные кислоты;
– микроэлементы (Se), хлорид кобальта;
– пищевые волокна;
2) проникающие в организм респираторным путем (фитонциды);
3) поступающие в организм человека перорально в процессе фармакотерапии либо профилактического применения:
– лекарства (стрептомицин, левомицетин и др., применяемые в малых
– специально синтезированные лекарства (бемитил);
– биологически активные добавки (индол-3-карбинол и др.);
– синтетические антимутагены (ионол, дибунол и др.).
К эндогенным антимутагенам относятся:
1) система репарации поврежденной ДНК;
2) антиоксидантная система;
3) ферментные системы;
4) клеточные метаболиты;
5) гормоны щитовидной железы, мелатонин;
6) эмбриональные вещества (Со);
7) S-содержащие соединения (глутатион).
Механизмы действия антимутагенов
К основным механизмам действия антимутагенов относятся:
1. Инактивация мутагенов внешнего происхождения и предохранение ДНК от их повреждающего действия (дисмутагены). В большинстве случаев дисмутагены устойчиво связываются с мутагеном и выводят его из организма (экстракты петрушки, свеклы, редиса, сельдерея, сливы, черники, яблок).
2. Подавление процесса образования истинных мутагенов из предшествующих немутагенных веществ (витамины С, Е, дубильные вещества,
некоторые фенолы).
3. Подавление активности свободных радикалов, которые могут повреждать ДНК (антиоксиданты: супероксиддисмутаза, глютатионпероксидаза, каталаза, витамин С, А, α-токоферол, β-каротин, Е, мелатонин и др.).
4. Повышение активности ферментных систем, обезвреживающих мутагены, канцерогены и другие генотоксические соединения . Универсальный механизм инактивации ксенобиотиков обеспечивают микросомальные ферменты печени, которые метаболизируют до 75 % всех лекарств.
5. Антимутагены, уменьшающие ошибки репарации и репликации ДНК,
активация и коррекция репарации (репарагены). К репарационным
антимутагенам, которые содержатся в некоторых пищевых продуктах (например, в кукурузном, хлопковом, подсолнечном, соевом и других растительных маслах), относятся:
– ванилин, цианамальдегид и другие альдегиды, образующиеся при окислении насыщенных жирных кислот. Эти вещества стимулируют генетическую рекомбинацию, временно угнетают деление клеток, увеличивая время репарации ДНК;
– соли кобальта, повышающие эффективность безошибочной репарации ДНК (содержатся в достаточном количестве в луке, капусте, томатах, салате, картофеле, черной смородине и грушах).
6. Антимутагены с неизвестным механизмом действия. В последние годы установлена полифункциональность у некоторых антимутагенов (фенольный компонент зеленого чая - эпигаллокатехингалат, изоцианаты из крестоцветных овощей - сульфоран и фенолизоционат и др.). Антимутагены выступают в роли перехватчиков свободных радикалов, подавляют синтез метаболической активации ксенобиотиков и стимулируют их детоксикацию, модулируют репарацию ДНК, влияют на транскрипционные факторы и сигнальные пути, вовлеченные в апоптоз и регуляцию клеточного цикла, подавляют воспаление и ангиогенез.
Таким образом, к основным антимутагенам относятся:
1) соединения, нейтрализующие мутаген до его реакции с молекулой
2) вещества, снимающие повреждение молекулы ДНК, вызванное мутагеном, или повышающие ее устойчивость к мутагену;
3) соединения, препятствующие превращению в организме косвенных мутагенов в истинные.
ГЕННЫЕ БОЛЕЗНИ
Генные болезни - разнородная по клиническим проявлениям группа заболеваний, обусловленных мутациями на генном уровне. Основой для объединения их в одну группу являются этиологическая генетическая характеристика и, соответственно, закономерности наследования в семьях и популяциях.
Этиология генных болезней
Причинами генных болезней являются генные мутации , которые могут затрагивать структурные, транспортные и эмбриональные белки, а также ферменты.
Генные мутации - это молекулярные изменения структуры ДНК. Они обусловлены изменением химического строения гена, а именно специфической
Изменчивость в биологии - это возникновение индивидуальных различий между особями одного вида. Благодаря изменчивости популяция становится разнородной, а у вида появляется больше шансов приспособиться к меняющимся условиям окружающей среды.
В такой науке, как биология, наследственность и изменчивость идут рука об руку. Существуют два вида изменчивости:
- Ненаследственная (модификационная, фенотипическая).
- Наследственная (мутационная, генотипическая).
Ненаследственная изменчивость
Модификационная изменчивость в биологии - это способность единичного живого организма (фенотипа) подстраиваться под факторы внешней среды в пределах своего генотипа. Благодаря такому свойству особи приспосабливаются к изменениям климата и других условий существования. лежит в основе адаптационных процессов, протекающих в любом организме. Так, у беспородных животных при улучшении условий содержания увеличивается продуктивность: надои молока, яйценоскость и прочее. А животные, завезенные в горные районы, вырастают низкорослыми и с хорошо развитым подшерстком. Изменение факторов внешней среды и обуславливают изменчивость. Примеры этого процесса можно легко найти в повседневной жизни: кожа человека под воздействием ультрафиолетовых лучей становится темной, в результате физических нагрузок развиваются мышцы, растения, выросшие в затененных местах и на свету, имеют разную форму листьев, а зайцы меняют окрас шерсти зимой и летом.
Для ненаследственной изменчивости характерны следующие свойства:
- групповой характер изменений;
- не наследуется потомством;
- изменение признака в пределах генотипа;
- соотношение степени изменения с интенсивностью воздействия внешнего фактора.
Наследственная изменчивость
Наследственная или генотипическая изменчивость в биологии - это процесс, в результате которого изменяется геном организма. Благодаря ей особь приобретает признаки, ранее несвойственные ее виду. По Дарвину, генотипическая изменчивость является основным двигателем эволюции. Различают следующие виды наследственной изменчивости:
- мутационная;
- комбинативная.
Возникает в результате обмена генами при половом размножении. При этом признаки родителей по-разному комбинируются в ряду поколений, повышая разнообразие организмов в популяции. Комбинативная изменчивость подчиняется правилам наследования Менделя.
Пример такой изменчивости - инбридинг и аутбридинг (близкородственное и неродственное скрещивание). Когда черты отдельного производителя хотят закрепить в породе животных, то применяют близкородственное скрещивание. Таким образом, потомство становится более однообразным и закрепляет качества основателя линии. Инбридинг ведет к проявлению рецессивных генов и может приводить к вырождению линии. Для повышения жизнеспособности потомства применяют аутбридинг - неродственное скрещивание. При этом нарастает гетерозиготность потомства и увеличивается разнообразие внутри популяции, и, как следствие, возрастает устойчивость особей к неблагоприятным воздействиям факторов внешней среды.
Мутации, в свою очередь, разделяются на:
- геномные;
- хромосомные;
- генные;
- цитоплазматические.
Изменения, затрагивающие половые клетки, передаются по наследству. Мутации в могут передаваться потомству, если особь размножается вегетативным способом (растения, грибы). Мутации могут быть полезными, нейтральными или вредными.
Геномные мутации
Изменчивость в биологии посредством геномных мутаций может быть двух видов:
- Полиплоидия - мутация часто встречается у растений. Она вызвана кратным увеличением всего числа хромосом в ядре, образуется в процессе нарушения их расхождения к полюсам клетки при делении. Полиплоидные гибриды широко используются в сельском хозяйстве - в растениеводстве насчитывают более 500 полиплоидов (лук, гречка, сахарная свекла, редис, мята, виноград и другие).
- Анеуплоидия - увеличение или уменьшение числа хромосом по отдельным парам. Такой вид мутации характеризуется низкой жизнеспособностью особи. Широко распространенная мутация у человека - одна по 21-ой паре вызывает синдром Дауна.
Хромосомные мутации
Изменчивость в биологии путем появляется при изменении структуры самих хромосом: потери концевого участка, повторение набора генов, поворот отдельного фрагмента, перенос сегмента хромосомы в другое место или к другой хромосоме. Такие мутации часто возникают под воздействием радиации и химического загрязнения окружающей среды.
Генные мутации
Значительная часть таких мутаций не проявляется внешне, так как является рецессивным признаком. Обусловлены генные мутации изменением последовательности нуклеотидов - отдельных генов - и приводят к появлению молекул белка с новыми свойствами.
Генные мутации у человека обуславливают проявление некоторых наследственных заболеваний - серповидно-клеточная анемия, гемофилия.
Цитоплазматические мутации
Цитоплазматические мутации связаны с изменениями в структурах цитоплазмы клетки, содержащих ДНК-молекулы. Это митохондрии и пластиды. Передаются такие мутации по материнской линии, так как зигота получает всю цитоплазму от материнской яйцеклетки. Пример цитоплазматической мутации, вызвавшей изменчивость в биологии - это перистолистность растений, которая вызывается изменениями в хлоропластах.
Для всех мутаций характерны следующие свойства:
- Они возникают внезапно.
- Передаются по наследству.
- У них нет какой-либо направленности. Мутации может подвергнуться как незначительный участок, так и жизненно важный признак.
- Возникают у отдельных особей, то есть индивидуальны.
- По своему проявлению мутации могут быть рецессивными или доминантными.
- Одна и та же мутация может повторяться.
Каждая мутация вызывается определенными причинами. В большинстве случаев точно установить ее не удается. В экспериментальных условиях для получения мутаций используют направленный фактор воздействия внешней среды - радиационное облучение и тому подобное.
Изменчивость – это всеобщее свойство живых систем, связанное с изменениями фенотипа и генотипа, возникающими под влиянием внешней среды или в результате изменений наследственного материала. Различают ненаследственную и наследственную изменчивость.
Ненаследственная изменчивость . Ненаследственная, или групповая (определенная), или модификационная изменчивость – это изменения фенотипа под влиянием условий внешней среды. Модификационная изменчивость не затрагивает генотип особей. Генотип, оставаясь неизменным, определяет пределы, в которых может изменяться фенотип. Эти пределы, т.е. возможности для фенотипического проявления признака, называются нормой реакции и наследуются . Норма реакции устанавливает границы, в которых может изменяться конкретный признак. Разные признаки обладают разной нормой реакции – широкой или узкой. Так, например, такие признаки, как группа крови, цвет глаз не изменяются. Форма глаза млекопитающих изменяется незначительно и обладает узкой нормой реакции. Удойность коров может варьировать в довольно широких пределах в зависимости от условий содержания породы. Широкую норму реакции могут иметь и другие количественные признаки – рост, размеры листьев, количество зерен в початке и т.д. Чем шире норма реакции, тем больше возможностей у особи приспособиться к условиям окружающей среды. Вот почему особей со средней выраженностью признака больше, чем особей с крайними его выражениями. Это хорошо иллюстрируется таким примером, как количество карликов и гигантов у людей. Их мало, тогда как людей с ростом в диапазоне 160-180 см в тысячи раз больше.
На фенотипические проявления признака влияет совокупное взаимодействие генов и условий внешней среды. Модификационные изменения не наследуются, но не обязательно носят групповой характер и не всегда проявляются у всех особей вида, находящихся в одинаковых условиях среды. Модификации обеспечивают приспособленность особи к этим условиям.
Наследственная изменчивость (комбинативная, мутационная, неопределенная).
Комбинативная изменчивость возникает при половом процессе в результате новых сочетаний генов, возникающих при оплодотворении, кроссинговере, конъюгации т.е. при процессах, сопровождающихся рекомбинациями (перераспределением и новыми сочетаниями) генов. В результате комбинативной изменчивости возникают организмы, отличающиеся от своих родителей по генотипам и фенотипам. Некоторые комбинативные изменения могут быть вредны для отдельной особи. Для вида же комбинативные изменения, в целом, полезны, т.к. ведут к генотипическому и фенотипическому разнообразию. Это способствует выживанию видов и их эволюционному прогрессу.
Мутационная изменчивость связана с изменениями последовательности нуклеотидов в молекулах ДНК, выпадения и вставок крупных участков в молекулах ДНК, изменений числа молекул ДНК (хромосом). Сами подобные изменения называются мутациями . Мутации наследуются.
Среди мутаций выделяют:
– генные – вызывающими изменения последовательности нуклеотидов ДНК в конкретном гене, а следовательно в и-РНК и белке, кодируемом этим геном. Генные мутации бывают как доминантными, так и рецессивными. Они могут привести к появлению признаков, поддерживающих или угнетающих жизнедеятельность организма;
– генеративные мутации затрагивают половые клетки и передаются при половом размножении;
– соматические мутации не затрагивают половые клетки и у животных не наследуются, а у растений наследуются при вегетативном размножении;
– геномные мутации (полиплоидия и гетероплоидия) связаны с изменением числа хромосом в кариотипе клеток;
– хромосомные мутации связаны с перестройками структуры хромосом, изменением положения их участков, возникшего в результате разрывов, выпадением отдельных участков и т.д.
Наиболее распространены генные мутации, в результате которых происходит изменение, выпадение или вставка нуклеотидов ДНК в гене. Мутантные гены передают к месту синтеза белка уже иную информацию, а это, в свою очередь, ведет к синтезу других белков и возникновению новых признаков. Мутации могут возникать под влиянием радиации, ультрафиолетового излучения, различных химических агентов. Не все мутации оказываются эффективными. Часть их исправляется при репарациях ДНК. Фенотипически мутации проявляются в том случае, если они не привели к гибели организма. Большинство генных мутаций носят рецессивный характер. Эволюционное значение имеют фенотипически проявившиеся мутации, обеспечившие особям либо преимущества в борьбе за существование, либо наоборот, повлекшие их гибель под давлением естественного отбора.
Мутационный процесс повышает генетическое разнообразие популяций, что создает предпосылки для эволюционного процесса.
Частоту мутаций можно повышать искусственно, что используется в научных и практических целях.
ПРИМЕРЫ ЗАДАНИЙ
Часть А
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
Часть В
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
ВЗ. Соотнесите признак, характеризующий изменчивость с ее видом
Часть С
С1. Какими способами можно добиться искусственного повышения частоты мутаций и зачем это нужно делать?
С2. Найдите ошибки в приведенном тексте. Исправьте их. Укажите номера предложений, в которых сделаны ошибки. Объясните их.
1. Модификационная изменчивость сопровождается генотипическими изменениями. 2. Примерами модификации являются осветление волос после долгого пребывания на солнце, повышение удойности коров при улучшении кормления. 3. Информация о модификационных изменениях содержится в генах. 4. Все модификационные изменения наследуются. 5. На проявление модификационных изменений оказывают влияние факторы окружающей среды. 6. Все признаки одного организма характеризуются одинаковой нормой реакции, т.е. пределами их изменчивости.
Вредное влияние мутагенов, алкоголя, наркотиков, никотина на генетический аппарат клетки. Защита среды от загрязнения мутагенами. Выявление источников мутагенов в окружающей среде (косвенно) и оценка возможных последствий их влияния на собственный организм. Наследственные болезни человека, их причины, профилактика
биохимический метод, близнецовый метод, гемофилия, гетероплоидия, дальтонизм, мутагены, мутагенез, полиплоидия.
Мутагены, мутагенез
Мутагены – это физические или химические факторы, влияние которых на организм может привести к изменению его наследственных признаков. К таким факторам относятся рентгеновские и гамма-лучи, радионуклиды, оксиды тяжелых металлов, определенные виды химических удобрений. Некоторые мутации могут быть вызваны вирусами. К генетическим изменениям в поколениях могут привести и такие распространенные в современном обществе агенты, как алкоголь, никотин, наркотики. От интенсивности влияния перечисленных факторов зависит скорость и частота мутаций. Увеличение частоты мутаций ведет за собой увеличение числа особей с врожденными генетическими аномалиями. По наследству передаются мутации, затронувшие половые клетки. Однако мутации, произошедшие в соматических клетках, могут привести к раковым заболеваниям. В настоящее время проводятся исследования по выявлению мутагенов в окружающей среде и разрабатываются эффективные меры по их обезвреживанию. Несмотря на то что частота мутаций относительно невелика, их накопление в генофонде человечества может привести к резкому повышению концентрации мутантных генов и их проявлению. Вот почему необходимо знать о мутагенных факторах и принимать на государственном уровне меры по борьбе с ними.
Медицинская генетика – раздел антропогенетики , изучающий наследственные заболевания человека, их происхождение, диагностику, лечение и профилактику. Основным средством сбора информации о больном является медико-генетическое консультирование. Оно проводится в отношении лиц, у которых среди родных наблюдались наследственные заболевания. Цель – прогноз вероятности рождения детей с патологиями, либо исключение возникновения патологий.
Этапы консультирования:
– выявление носителя патогенного аллеля;
– расчет вероятности рождения больных детей;
– сообщение результатов исследования будущим родителям, родственникам.
Наследственные заболевания, передаваемые потомкам:
– генные, сцепленные с Х-хромосомой – гемофилия, дальтонизм;
– генные, сцепленные с У-хромосомой – гипертрихоз (оволосение ушной раковины);
– генные аутосомные: фенилкетонурия, сахарный диабет, полидактилия, хорея Гентингтона и др.;
– хромосомные, связанные с мутациями хромосом, например синдром кошачьего крика;
– геномные – поли– и гетероплоидия – изменение числа хромосом в кариотипе организма.
Полиплоидия – двух– и более кратное увеличение числа гаплоидного набора хромосом в клетке. Возникает в результате нерасхождения хромосом в мейозе, удвоения хромосом без последующего деления клеток, слияния ядер соматических клеток.
Гетероплоидия (анеуплоидия) – изменение характерного для данного вида числа хромосом в результате их неравномерного расхождения в мейозе. Проявляется в появлении лишней хромосомы (трисомия по 21 хромосоме ведет к болезни Дауна) или отсутствии в кариотипе гомологичной хромосомы (моносомия ). Например, отсутствие второй Х-хромосомы у женщин вызывает синдром Тернера, проявляющийся в физиологических и умственных нарушениях. Иногда встречается полисомия – появление нескольких лишних хромосом в хромосомном наборе.
Методы генетики человека. Генеалогический – метод составления родословных по различным источникам – рассказам, фотографиям, картинам. Выясняются признаки предков и устанавливаются типы наследования признаков.
Типы наследования : а) аутосомно-доминантное, б) аутосомно-рецессивное, в) сцепленное с полом наследование.
Человек, в отношении которого составляется родословная, называется пробандом .
Близнецовый . Метод изучения генетических закономерностей на близнецах. Близнецы бывают однояйцовые (монозиготные, идентичные) и разнояйцовые (дизиготные, неидентичные).
Цитогенетический . Метод микроскопического изучения хромосом человека. Позволяет выявить генные и хромосомные мутации.
Биохимический . На основе биохимического анализа позволяет выявить гетерозиготного носителя заболевания, например носителя гена фенилкетонурии можно выявить по повышенной концентрации фенилаланина в крови.
Популяционно-генетический . Позволяет составить генетическую характеристику популяции, оценить степень концентрации различных аллелей и меру их гетерозиготности. Для анализа крупных популяций применяется закон Харди-Вайнберга.
ПРИМЕРЫ ЗАДАНИЙ
Часть С
С1. Хорея Гентингтона – тяжелейшее заболевание нервной системы, наследуется как аутосомный признак (А).
Фенилкетонурия – заболевание, вызывающее нарушения в обмене веществ, определяется рецессивным геном, наследуется по тому же типу. Отец гетерозиготен по гену хореи Гентингтона и не страдает фенилкетонурией. Мать не страдает хореей Гентингтона и не несет генов, определяющих развитие фенилкетонурии. Каковы возможные генотипы и фенотипы детей от этого брака?
С2. Женщина со вздорным характером вышла замуж за человека с мягким характером. От этого брака родились две дочери и сын (Елена, Людмила, Николай). У Елены и Николая оказался вздорный характер. Николай женился на девушке Нине с мягким характером. У них родилось два сына, один из которых (Иван) был скандалистом, а другой мягким человеком (Петр). Укажите на родословной этой семьи генотипы всех ее членов.
Селекция, ее задачи и практическое значение. Учение Н.И. Вавилова о центрах многообразия и происхождения культурных растений. Закон гомологических рядов в наследственной изменчивости. Методы выведения новых сортов растений, пород животных, штаммов микроорганизмов. Значение генетики для селекции. Биологические основы выращивания культурных растений и домашних животных
Основные термины и понятия, проверяемые в экзаменационной работе: гетерозис, гибридизация, закон гомологических рядов наследственной изменчивости, искусственный отбор, полиплоидия, порода, селекция, сорт, центры происхождения культурных растений, чистая линия, инбридинг.
Генетика и селекция
Селекция – наука, отрасль практической деятельности, направленная на создание новых сортов растений, пород животных, штаммов микроорганизмов с устойчивыми наследственными признаками, полезными для человека. Теоретической основой селекции является генетика.
Задачи селекции:
– качественное улучшение признака;
– повышение урожайности и продуктивности;
– повышение устойчивости к вредителям, заболеваниям, климатическим условиям.
Методы селекции. Искусственный отбор – сохранение необходимых человеку организмов и устранение, выбраковка других, не отвечающих целям селекционера.
Селекционер ставит задачу, подбирает родительские пары, производит отбор потомства, проводит серию близкородственных и отдаленных скрещиваний, затем проводит отбор в каждом последующем поколении. Искусственный отбор бывает индивидуальным и массовым .
Гибридизация – процесс получения новых генетических комбинаций у потомства для усиления или нового сочетания ценных родительских признаков.
Близкородственная гибридизация (инбридинг) применяется для выведения чистых линий. Недостаток – угнетение жизнеспособности.
Отдаленная гибридизация сдвигает норму реакции в сторону усиления признака, появление гибридной мощности (гетерозиса). Недостаток – нескрещиваемость полученных гибридов.
Преодоление стерильности межвидовых гибридов. Полиплоидия. Г.Д. Карпеченко в 1924 г. обработал колхицином стерильный гибрид капусты и редьки. Колхицин вызвал нерасхождение хромосом гибрида при гаметогенезе. Слияние диплоидных гамет привело к получению полиплоидного гибрида капусты и редьки (капредьки). Эксперимент Г. Карпеченко можно проиллюстрировать следующей схемой.
1. До действия колхицином
2. После действия колхицином и искусственного удвоения хромосом:
Методы работы И.В. Мичурина
И. В. Мичурин, отечественный селекционер, вывел около 300 сортов плодовых деревьев, сочетавших в себе качества южных плодов и неприхотливость северных растений.
Основные методы работы:
– отдаленная гибридизация географически отдаленных сортов;
– строгий индивидуальный отбор;
– «воспитание» гибридов суровыми условиями выращивания;
– «управление доминированием» с помощью метода ментора – прививки гибрида к взрослому растению, передающему свои качества выводимому сорту.
Преодоление нескрещиваемости при отдаленной гибридизации:
– метод предварительного сближения – прививка черенка одного вида (рябины) прививали на крону груши. Через несколько лет цветки рябины опылялись пыльцой груши. Так был получен гибрид рябины и груши;
– метод посредника – 2 ступенчатая гибридизация. Миндаль был скрещен с полукультурным персиком Давида, а затем полученный гибрид был скрещен с культурным сортом. Получили «Северный персик»;
– опыление смешанной пыльцой (своей и чужой). Примером является получение церападуса – гибрида вишни и черемухи.
В нашей статье речь пойдет об уникальном свойстве всех живых организмов, которое обеспечило возникновение огромного количества видов живых существ. Это наследственная изменчивость. Что это такое, каковы ее особенности и механизм осуществления? На эти и многие другие вопросы вы сейчас найдете ответы.
Что изучает генетика
Сравнительно молодая наука генетика в 19-м веке открыла человечеству многие тайны его происхождения и развития. А предметом ее изучения являются только два свойства живых организмов: наследственность и изменчивость. Благодаря первому обеспечивается преемственность поколений и осуществляется точная передача генетической информации в целом ряду поколений. А вот изменчивость обеспечивает возникновение новых признаков.
Значение изменчивости
Зачем же организму приобретать эти новые признаки? Ответ достаточно прост: для возможности адаптации. На фото ниже перед вами представители нескольких рас одного биологического вида - Человек Разумный. Их морфологические различия на данном этапе не имеют, естественно, никакого приспособительного значения. А вот их далеким предкам новые черты помогали выжить в тяжелых условиях. Так, представители монголоидной расы имеют узкий разрез глаз, поскольку в степях часто были пыльные бури. А негроиды имеют темную кожу в качестве защиты от палящих солнечных лучей.
Виды изменчивости
Изменчивостью называют свойство организмов приобретать новые признаки в процессе их исторического и индивидуального развития. Она бывает двух видов. Это модификационная и наследственная изменчивость. Их объединяет ряд признаков. Например, неизбежно возникают изменения во внешнем строении организмов. Но вот по продолжительности существования модификаций и степени действия они абсолютно отличаются.
Модификационная изменчивость
Этот вид изменчивости является ненаследственным. Он не закрепляется в генотипе, не носит постоянный характер и возникает под воздействием изменений условий окружающей среды. Ярким примером модификационной изменчивости может служить известный опыт с кроликом. Ему сбривали небольшой участок серой шерсти. А на голый участок кожи прикладывали лед. Через некоторое время на этом месте вырастала шерсть белого цвета, которую также сбривали. Но лед в этом случае не прикладывали. В результате на данном участке снова вырастали волосы темного цвета.
Наследственная изменчивость
Данный вид изменчивости носит постоянный характер, поскольку затрагивает структуру генотипа до уровня нуклеотидов ДНК. При этом новые признаки передаются новым поколениям. Наследственная изменчивость, в свою очередь, также бывает двух типов: комбинативная и мутационная. Первая возникает в случае появления нового сочетания генетического материала. Ее самым простым примером служит слияние гамет в ходе полового размножения. В результате организм, получая по половине генетической информации от мужского и женского организма, приобретает новые признаки.
Второй вид - это мутационная наследственная изменчивость. Она заключается в возникновении резких ненаправленных изменений генотипа под воздействием различных факторов. Ими могут быть ионизирующее и ультрафиолетовое излучение, высокая температура, азотсодержащие химические вещества и другие.
В зависимости от уровня структуры генетического аппарата, в котором происходят изменения, различают несколько типов таких наследственных модификаций. При геномных изменяется число хромосом в общем наборе. Это ведет к анатомическим и морфологическим изменениям в организме. Так, появление третьей хромосомы в 21-й паре вызывает болезнь Дауна. При хромосомных мутациях возникает перестройка этой структуры. Они встречаются гораздо реже, чем геномные. Участки хромосом могут дублироваться или отсутствовать, перекручиваться, изменять свое положение. А вот генные мутации, которые также называют точечными, нарушают последовательность мономеров в структуре нуклеиновых кислот.
Независимо от вида мутаций, все они, как правило, не несут для организма полезных признаков. Поэтому человек учится управлять ими искусствено. Так, в селекции часло используется полиплоидия - кратное увеличение числа хромосом в наборе. В результате растение становится более мощным и дает крупные плоды в большом количестве. Никого уже не удивишь инжирным персиком и другими вкусными растительными гибридами. А ведь они являются результатом искусственно проведенной наследственной изменчивости.
Наследственная изменчивость в процессе эволюции
Развитие генетики помогло сделать значительный шаг вперед и в развитии эволюционного учения. Тот факт, что человека и обезьяну отличает лишь одна пара хромосом, стал существенным доказательством теории Дарвина. У растений и животных в историческом развитии можно проследить наследование прогрессивных черт, которые передавались и закреплялись в генотипе. К примеру, водоросли вышли на сушу благодаря тому, что в генотипе закрепился признак наличия механической и проводящей тканей. Каждое последующее поколение оставляло для себя только нужные, полезные признаки, которые корректировались в зависимости от условий обитания и окружающей среды. Так появились господствующие виды растений и животных, обладающие самыми прогрессивными чертами строения.
Итак, наследственная изменчивость - это способность организмов приобретать новые признаки, которые закрепляются в генотипе. Такие изменения носят продолжительный характер, не исчезают при изменении условий среды и передаются по наследству.
(1 оценок, в среднем: 5,00 из 5)
Loading...
