Статья модификационная изменчивость и ее закономерности

Тема: Модификационная изменчивость и ее закономерности в решении общебиологических проблем.

Многообразие всего живого и его постоянное совершенствование были бы невозможны без изменчивости. Существует несколько типов изменчивости, роль которых различна. Мутационная изменчивость, которая непосредственно является материалом для эволюции, так как она наследуется, и модификационная изменчивость, которая не наследуется, но обладает приспособительным свойством к меняющимся условиям среды. Однако пределы ее варьирования - норма реакции - является результатом эволюции, а потому определяется геном, который прошел отбор и зависит от условий, в которых шла эта эволюция. А значит, норма реакции может сказать об этих условиях и объяснить ряд закономерностей в эволюции данного вида. А потому нами была поставлены следующая цель и задачи.

Цель: Выяснить возможности модификационной изменчивости при решении общебиологических вопросов, показав роль нормы реакции как индикатора влияния условий среды.

Задача: Используя закономерности модификационной изменчивости выявить:

1. характер влияния факторов среды на изменчивость признака (плотности посева, загрязнения среды).

2. направление изменчивости признака у видов разной степени родства и экологической принадлежности.

3. связь степени адаптивности признака и нормы реакции.

Для решения вопроса были взяты 6 видов растений (1 вид травы,3 вида кустарники и 2 вида деревья) и 2 вида животных (отряд жуки). При отборе учитывалась их экологическая близость или степень их родства. При выполнении работы учитывались условия, необходимые для определения нормы реакции. Особи должны быть:

1) сходного генотипа;

2) одновозрастные.

3) взяты из разных условий среды.

4) большая выборка.

Все объекты, используемые в работе, были собраны на территории г. Липецка и его окрестностей. Объем выборки от 50 до 100 экземпляров.

1.Влияние факторов среды на изменчивость признаков.

а) Влияние плотности посева пшеницы.

При определении влияния плотности посева пшеницы была взята яровая пшеница сорта Безенчукская-139 элита. Исследовались такие признаки как длина колоса и длина стебля. Сбор материала на исследуемом поле осуществлялся в трех участках: у дороги, в середине поля, у лесополосы.

Гипотеза: в середине поля конкуренция между растениями выше из-за большей густоты посева, а потому в процессе отбора выживают особи, имеющие большую длину стебля и колоса, что способствует лучшей степени освещенности. (см. таблицу и рисунок.)

По результатам проведенной работы выяснено, что

1.Длина стебля и колоса пшеницы в середине поля достоверно больше таковых признаков у растений, произрастающих у лесополосы и дороги.

Это указывает на действие отбора в условиях большей плотности растения, в направлении быстро растущих особей.

2.Обнаружена положительная корреляция между длиной стебля и длиной колоса на всех трех участках произрастания, но в середине поля она выражена сильнее.

б) Влияние загрязнения окружающей среды на характеристику признаков.

С этой целью нами были взяты как растительные объекты, так и животные.

Рассмотрим их по отдельности.

1. Были взяты объекты - береза бородавчатая, тополь черный (пирамидальная форма). Собирались в Нижнем парке и возле НЛМК. Изучались признаки - длина и ширина листа.

Гипотеза: так как данные виды экологически близки - они светолюбивые, то произрастая в одинаковых условиях, у них должна сохраняться одинаковая реакция на загрязнение окружающей среды. ( см. таблицы и рисунки)

По результатам проведенной работы выяснено, что, несмотря на экологическую близость деревьев, обнаружены различия в реакции их на смену условий произрастания, а именно:

1. Длина и ширина листа березы бородавчатой достоверно больше в чистых участках, чем в загрязненных; а у тополя пирамидального длина и ширина листа несколько выше в загрязненных участках, чем в чистых. Это видно на графиках вариационных кривых и по результатам данных.

2. Нормы реакции изучаемых признаков не связаны между собой. Так длина листа у березы варьирует сильнее, чем ширина листа, а у тополя, как видно далее на графиках и по результатам, эти различия незначительны.

Полученные закономерности можно объяснить тем, что тополь пирамидальный обладает более широкой экологической характеристикой, то есть нормально себя чувствует в разных средах обитания. Тополь чёрный проявляет в условиях города довольно высокие пыле -, дымо - и газоустойчивость. Одно дерево выделяет столько кислорода, сколько 7 елей, 4 сосны или 3 липы; за вегетативный сезон один тополь освобождает атмосферу от 20-30 кг пыли или сажи.

2. Объектом исследования было взято насекомое - колорадский жук (отряд жуки).

Данный объект был собран на участке с посаженным картофелем до обработки ядохимикатами и после обработки в Хлевенском районе Липецкой области.

Изучались признаки: длина и ширина тела насекомого.

Была поставлена гипотеза, каково влияние среды на выражение данных признаков.

По результатам проведенной работы было выяснено, что

1. 1. оба признака и длина и ширина тела жука достоверно больше в загрязненных условиях, чем в чистых, что указывает на действие отбора в направлении более жизнестойких особей.

2. действие отбора видно и на норме реакции признака: в загрязненных условиях она уже, что подтверждают и данные размаха изменчивости.

2. Рассмотрим направление изменчивости признака у видов разной степени родства и экологической принадлежности.

Для решения данного вопроса изучались такие объекты, как робиния-лжеакация (акация белая), карагана древовидная (акация желтая), рябина обыкновенная. Было изучено количество рядов простых листьев в сложном листе.

Необходимо было узнать, что близкородственные виды обладают большими различиями по видовым признака, чем менее родственные, но экологически близкие.

По результатам исследования выяснено, что:

1. По исследуемому признаку виды, относящиеся к одному семейству (робиния-лжеакация (акация белая) и карагана древовидная (акация желтая)) достоверно различаются по исследуемому признаку между собой. Это можно объяснить тем, что карагана древовидная (желтая акация) - это светолюбивый вид, а робиния - лжеакация (акация белая) теневыносливый вид.

2. По количеству рядов простых листьев сложном листе рябина обыкновенная имеет большее сходство с караганой древовидной (желтая акация) и значительно отличается от робинии - лжеакации (белая акация). Это можно объяснить тем, что и рябина обыкновенная и карагана древовидная являются светолюбивыми растениями.

3. Между родственными видами по количеству рядов простых листьев в сложном листе наблюдается дивергенция, как результат приспособления к разным условиям существования, а между неродственными видами, но предпочитающими сходные условия существования, наблюдается конвергенция.

3. Изучение связи степени адаптивности признака и его нормы реакции

Были взяты колорадский жук, божья коровка.

Изучались длина и ширина тела насекомых.

Необходимо было выявить как разные условия обитания видов и особенно разные формы существования в зимнее время (колорадский жук зимует в почве, а божья коровка - зарывшись в листья) окажут влияние на характер изменения признаков.

Выводы: Степень адаптивности признаков, как у колорадского жука, так и у божьей коровки разная: адаптивность ширины тела, позволяющего пережить суровые зимние условия, значительно выше длины тела. И как результат отбор идет в направлении сужения нормы реакции, что видно на графиках вариационных кривых.

Общие выводы по работе:

Модификационная изменчивость и норма реакции признаков помогают понять ряд общебиологических закономерностей, происходящие в естественных условиях:

1. Увеличение плотности населения усиливает борьбу за существование между организмами и следствием этого является отбор особей более сходного генотипа, усиливающий выраженность признака, что сужает норму реакции.

2. Экологически близкие виды могут вести себя по разному в сходных условиях, что можно объяснить степенью экологической приспособленности: возможна как узкая, так и широкая реакция на одни и те же условия.

3. Чем более адаптивный признак, тем в неблагоприятных условиях его значения увеличиваются за счет смещения нормы реакции в сторону увеличения значения данного признака, что указывает на действие отбора в сторону более жизнеспособных особей.

4.Между родственными видами, приспособленными к разным условиям существования наблюдается дивергенция по видовым признакам, а между неродственными видами, но предпочитающими сходные условия существования, наблюдается конвергенция.

5. Норма реакции зависит от степени адаптивности признака и от условий, в которых шла эволюция: если признак адаптивный а условия в процессе эволюции менялись, то отбор пойдет на ген с широкой нормой реакции и наоборот.

Заключение:

Модификационная изменчивость и степень ее варьирования (норма реакции признаков) помогают понять ряд общебиологических закономерностей, происходящие в естественных условиях, а именно:

1. характер влияния факторов среды на изменчивость признака (плотности посева, загрязнения среды);

2. направление изменчивости признака у видов разной степени родства и экологической принадлежности;

3. связь степени адаптивности признака и нормы реакции.