Конспект занятия по биологии на тему Ненаследственная изменчивость

► Изменчивость - способность организмов приобретать новые признаки и свойства отличающиеся от родительских и утрачивать прежние.

Проявляется изменчивость в разнообразии особей. Сформировавшиеся новые признаки при условии их наследования могут служить основой для эволюции вида.

Изменения фенотипа могут быть связаны либо с влиянием среды на проявления генов, либо с изменениями самого генетического материала.

В зависимости от этого различают ● ненаследственную (модификационную) изменчивость и ● наследственную (генетическую) изменчивость.

В зависимости от того, где происходят изменения в генетическом материале: в ДНК ядра клетки, или в органоидах цитоплазмы клетки, содержащие ДНК или РНК, выделяют наследственную изменчивость генотипическую и цитоплазматическую.

В зависимости от того, каким образом происходят изменения ДНК ядра клетки, выделяют мутационную, комбинативную и соотносительную генотипическую изменчивость.

► НЕНАСЛЕДСТВЕННАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ.

(модификационная, фенотипическая, определённая, групповая).

● Модификационная изменчивость - ненаследственное изменение признаков организма в пределах нормы реакции, определяемых генотипом, под влиянием факторов окружающей среды (или - разнообразие в проявлении одинаковых генотипов в различных условиях среды).

● Норма реакции - это границы варьирования признака, ограниченные действием генотипа.

Норма реакции организма определяется генотипом, а условия среды определяют, какой вариант в пределах этой нормы реакции реализуется в данном случае.

▪ Различные признаки обладают разной по широте нормой реакции.

− Качественные, признаки (окраска шерсти у животных и венчиков у цветков, группы крови у человека, жирность молока у коров и т. д.) полностью контролируются генотипом, и внешняя среда на них не оказывает никакого влияния.

− Количественные, признаки (рост, масса, высота организмов, удойность коров и др.) в большей степени находятся под влиянием внешней среды. В этом случае наследуется не готовый признак, определяемый генами, а определённый тип реакции генотипа (норма реакции) на воздействие внешней среды.

Для изучения нормы реакции прежде всего необходимо иметь генетически однородный материал и помещать его в варьирующие условия внешней среды. Достаточно однородным материалом могут служить у растений клоны (вегетативно размноженное потомство одного растения) и чистые линии (потомство одного самоопыленного растения). У микроорганизмов - также клоны; у животных и человека - однояйцевые близнецы

▪ Примеры модификационной изменчивости.

Если хлореллу определённого генотипа выращивать на свету, то образующиеся колонии имеют зелёный цвет. Такие же клетки, но выращенные в темноте, образуют колонии жёлтого цвета. Если жёлтые клетки перенести на свет, они вновь образуют зелёные колонии. Следовательно, ● возможность образования хлорофилла в клетках была в обоих случаях, но для реализации её был необходим свет.

Но даже в том случае, когда развитие признака происходит, степень его выраженности может варьировать в зависимости от условий внешней среды в определённых пределах. Так, например, наличие веснушек у человека определяется генотипом, однако ● степень их развития зависит от длительности пребывания на солнце. Поэтому принято говорить, что организмы наследуют определённую норму реакции.

Если у гималайского кролика на спине выщипать белую шерсть и поместить его в холод (или наложить холодную повязку), на этом месте вырастет чёрная шерсть. Если чёрную шерсть удалить и наложить тёплую повязку, вырастет белая шерсть. При выращивании гималайского кролика при температуре 30° С вся шерсть у него будет белая. У потомства двух таких белых кроликов, выращенного в нормальных условиях, будет обычное распределение пигмента.

Таким образом, ● изменения признаков, вызванные действием факторов внешней среды, не наследуются.

Под действием ультрафиолетовых лучей у всех людей, если они не альбиносы, возникает загар, хотя и в неодинаковой степени. Таким образом, ● на действие определённого фактора внешней среды каждый вид организмов реагирует специфически и реакция (в форме изменения признака) оказывается сходной у всех особей данного вида. Это обстоятельство позволило Ч.Дарвину назвать ненаследственную изменчивость групповой или определённой.

Хорошим примером адаптивного значения модификационной изменчивости может служить приобретение способности клетками дрожжей сбраживать необычный субстрат - галактозу. Обычно дрожжи сбраживают глюкозу, но если клетки поместить на среду, содержащую только галактозу, то через некоторое время клетки начинают сбраживать и галактозу. Если такие клетки вновь перенести на среду, содержащую глюкозу, то они вновь восстанавливают способность сбраживать глюкозу. Подобные адаптивные изменения играют важную роль в распространении вида и сохранении его в борьбе за существование.

Примером модификационной изменчивости может служить также стрелолист, который имеет различные листья: стреловидные (надводные), сердцевидные (плавающие) и лентовидные (подводные). Следовательно, у стрелолиста наследственно определена не определённая форма листа, а способность в некоторых пределах изменять эту форму в зависимости от условий существования, что, несомненно, является приспособительной особенностью организма.

Сущность модификационной изменчивости особенно хорошо видна на примере количественных признаков. ● Коровы одной породы в разных хозяйствах могут иметь разные удои: в одном, например, 2100-4200 кг, в другом - 3000-4900 кг. Это определяется взаимодействием одинаковых генотипов с различными условиями содержания и кормления, а амплитуда колебания удоев у животных одной породы в разных условиях говорит об унаследованной ими норме реакции.

В тех же хозяйствах ● животные другой породы могут иметь удои от 1000 до 2900 кг, т. е. иметь другую норму реакции, обусловленную взаимодействием другого генотипа с теми же условиями содержания и кормления.

Следовательно, можно сказать, что нет наследственного признака - удоя 5000 кг молока в год, а существует лишь наследственно обусловленная норма реакции этого признака. Степень же выраженности признака определяется взаимодействием генотипа с конкретными условиями кормления и содержания.

▪ Разные признаки имеют разную широту нормы реакции.

Выявить её в полной мере можно, помещая организмы в варьирующие условия существования, в том числе в оптимальные, когда признаки могут достичь максимального выражения. Примером могут служить признаки крупного рогатого скота.

Так, ▪ окраска не изменяется ни при каких условиях, т. е. имеет однозначную норму реакции.

Очень широкую норму реакции имеет ▪ молочная продуктивность, которая в сильной степени зависит от условий кормления и содержания.

Промежуточное положение занимает такой признак, как ▪ процент жира в молоке. Он зависит от условий кормления, но в гораздо меньшей степени, чем величина удоев, и варьирует в меньших пределах.

● Знание нормы реакции имеет большое значение в практике для получения высоких урожаев растений и высокой продуктивности животных при оптимальных условиях их содержания, при перенесении растений и животных в новые климатические районы. Немаловажное значение имеет широта нормы реакции в процессе адаптации организмов в природных условиях.

● Причиной модификаций является различная скорость ферментативных реакций, участвующих в формообразовании признака, зависящая от условий среды (колебаний температуры, освещённости, влажности, количества и качества пищи и др.)

Свойства модификаций:

1. Не передаются по наследству (затрагивают только фенотип), так как являются специфической реакцией организма на влияние окружающей среды.

2. Носят групповой характер, т. е. наблюдаются у большого числа особей вида в одинаковых условиях.

3. Адекватны условиям среды и носят приспособительный характер, т. е. повышают жизнестойкость и способствуют выживанию особей.

4. Поддаются статистической обработке, позволяют отобразить изменение признака в виде вариационного ряда и вариационной кривой.

5. Пределы изменчивости зависят от генотипа.

► СТАТИСТИЧЕСКИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ МОДИФИКАЦИОННОЙ ИЗМЕНЧИВОСТИ

Нормальное распределение - закон модификационной изменчивости, её основная закономерность.

Такие условия, как влажность, t°, освещенность, структура, плодородие почвы и многие другие никогда не бывают одинаковыми даже на одном поле. Поэтому на одном поле пшеницы длина колосьев может колебаться от 6 до 13 см. Определённый комплекс условий, влияя на одно растение, определил длину его колоса в 7 см, а другое сочетание тех же условий определит длину его колоса в 8 см. И то, что у первого растения длина колоса оказалась именно 7 см, а не какая-то другая - дело случая.

Следовательно, при изучении закономерностей модификационной изменчивости задача сводится к изучению закономерностей в массе случайных явлений. А это можно сделать, используя методы математической статистики.

Установлено, что модификационная изменчивость самых разнообразных признаков у растений, животных и человека имеет общие черты. Они хорошо видны на графике.

Для оценки признака строят вариационную кривую.

Среднее значение признака встречается чаще всего, и чем больше признак отклоняется от среднего значения, тем меньше особей им обладают.

● Экспрессивность - степень проявления варьирующего признака.

Экспрессивность характ-ет степень отклонения признака от его средн. величины.

● Пенетрантность - степень пробиваемости генов в признак. Измеряется в % отношении числа особей, несущих данный признак, к числу особей, несущих ген, потенциально способный реализоваться в признак. Пенетрантность какого-либо гена может быть полной (100%), если данный признак отмечен у всех особей, и неполной, если он проявляется только у части популяции.

Как принято при графическом изображении вариационного ряда, по оси абсцисс отложены значения, которые может принимать признак, по оси ординат - частота их встречаемости.

● Вариационная кривая - графическое отображение изменчивости признака, отображающее размах вариаций и частоту встречаемости отдельн. вариант.

Кривая на графике бывает, как правило, симметричной. Это значит, что вариации, как большие, чем средние, так и меньшие, но отличающиеся от среднего значения на одну и ту же величину встречаются одинаково часто.

Отсюда следует, что минимальные и максимальные значения встречаются очень редко, но с одинаковой частотой. Эта закономерность была описана К. Гауссом и известна как ● гауссовское или нормальное распределение. Нормальным его называют потому, что оно в природе встречается очень часто.

Дать объективную оценку изменчивому признаку можно только проанализировав большое количество особей.

● Вариационный ряд - совокупность всех особей, обладающих изменением данного признака, расположенная в один ряд по убывающим или возрастающим значениям.

Вариационный ряд листьев лавровишни.

Знание статистических закономерностей модификационной изменчивости имеет очень большое практическое значение, так как позволяет предвидеть и заранее планировать многие показатели.