Изменчивость и методы ее изучения

                                                    План.

1. Изменчивость и методы ее изучения.
2. Модификационная изменчивость.
3. Мутационная изменчивость.
4. Комбинативная изменчивость.
5. Коррелятивная изменчивость.
6. Количественные и качественные признаки. Генеральная и выборочная совокупность.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                              Изменчивость и методы ее изучения.

    Возникновению Учения Ч. Дарвина способствовали общественно-экономические предпосылки.

         Другая  предпосылка появления дарвинизма  – успехи естественных наук. Описание систематических групп живых организмов приводили к мысли о возможности их родства. У многих животных сравнением установили единый план в строении тела и органов.

         Обширные  материалы заморских экспедиций, выведение новых пород животных и сортов растений не согласовывались с метафизическим мировоззрением. Нужен был гениальный ум, который сумел бы обобщить огромный материал в свете определенной идеи, связать стройной системой рассуждения. Таким ученым оказался Чарлз Дарвин (1809 - 1882).

         С детства  Ч. Дарвин увлекался сбором  коллекций, химическими опытами,  наблюдениями за животными. Он  исследовал геологическое строение, флору и фауну многих стран,  отправил в Англию огромное  количество коллекций.

         Главная заслуга Дарвина в том, что он раскрыл движущие силы эволюции. Он материалистически объяснил возникновение и относительный характер приспособленности действием только естественных законов, без вмешательства сверхъестественных сил. Учение Дарвина в корне подрывало метафизические представления о постоянстве видов и сотворении их богом.

         Движущие силы эволюции пород и сортов – наследственная изменчивость и производимый человеком отбор. Дарвин установил, что различные породы животных и сорта культурных растений созданы человеком в процессе искусственного отбора. Из поколения в поколение человек отбирал и оставлял на племя особей с каким-либо интересным для него изменение, обязательно наследственным, и устранял других особей от размножения. В результате были получены новые пароды и сорта, признаки и свойства которых соответствовали интересам человека.

         Организмы  размножаются геометрической прогрессией,  но до половозрелого состояния  доживают относительно немногие. Значительная часть особей погибает, не оставив потомства совсем или оставив малое. Между особями как одного вида, так и разных возникает борьба за существование, под которой Дарвин понимал сложные и многообразные отношения организмов между собой и с условиями окружающей среды. Он имел ввиду « Не только жизнь одной особи, но и успех ее в обеспечении себя потомством».

         Следствие  борьбы за существование является естественный отбор. Этим термином Дарвин назвал « Сохранение благоприятных индивидуальных различий и изменений и уничтожения вредных».

         Борьба за существование и естественный отбор на основе наследственной изменчивости являются, по Дарвину, основными движущими силами (факторами) эволюции органического мира.

         Индивидуальные  наследственные уклонения, борьба  за существование и естественный отбор в длинном ряду поколений приведут к изменению видов в направлении все большей приспособленности к конкретным условиям существования. Приспособленность организмов всегда относительна.

         Другим  результатам естественного отбора является многообразие видов, населяющих землю.

         Наследственностью – называют общее свойство всех организмов сохранять и передавать особенности и функции от предков к потомству.

         Связь родителей  с потомками у организмов осуществляется в основном через размножение. Потомство всегда подобно родителям и предкам, но не бывает их точной копией.

         Во времена  Дарвина причины наследственности  были мало изучены. В настоящее  время известно, что материальную  основу наследственности составляют гены, расположенные в хромосомах.

         Ген представляет  собой участок молекулы органического  вещества ДНК, под действием  которого формируются признаки. В клетках организмов разных  видов содержатся единицы и  десятки хромосом и сотни тысяч  генов. В клетках зародыша объединяются мужские и женские хромосомы, поэтому формирование его происходит под влиянием генов как материнского, так и отцовского организма. На развитие одних признаков большее влияние оказывают гены материнского организма, других – отцовского на третьем признаки материнские и отцовские гены оказывают равное влияние. Поэтому потомство по одним признакам оказывается похожим на материнский организм, по другим на отцовский, по третьим – совмещает признаки отца и матери, т. е. имеет промежуточный характер.

         Изменчивостью называют общее свойство организмов приобретать новые признаки – различия между особями в пределах вида.

         Изменчивы  все признаки организмов: особенности  внешнего и внутреннего строения, физиологии, поведения. В потомстве одной пары животных или среди растений, выросших из семян одного плода, невозможно встретить совершенно одинаковых особей. В стаде овец одной пароды каждое животное отличается еле уловимыми особенностями: размерами тела, длиной ног, головы, окраской, длиной и плотностью завидка шерсти, голосом, повадками. Количество краевых язычковых цветков в соцветиях золотой розги колеблеца от 5 до 8. Число лепестков ветреницы дубравной – 6, а иногда 7 и 8. Растения одного вида или сорта несколько отличаются друг от друга в сроках цветения, созревания плодов, степени засухоустойчивости. Благодаря изменчивости особи популяция оказывается разнородной.

         Дарвин  изучал две формы наследственности  – ненаследственную и наследственную.       

             

            Ненаследственная, или модификационная, изменчивость.

Давно было замечено, что  все особи данной породы, сорта  или вида под влиянием определенной причины изменяются в одном направлении. Сорта культурных растений при отсутствии условий, в которых они были выведены человеком, теряют свои качества. Например, белокочанная капуста при возделывании в жарких странах не образуют кочана. Известно, что при хорошем удобрении, поливе, освещении растения обильно кустятся и плодоносят. Породы лошадей, завезенные в горы или на острова, где пища недостаточно питательна, со временем становятся низкорослыми. Продуктивность беспородных животных в условиях улучшенного содержания и ухода повышается. Все эти изменения ненаследственные, и если растения или животных перенести в исходные условия существования, то признаки вновь возвращаются к первоначальным.

         Причины ненаследственной, или модификационной  изменчивости во времена Дарвина  были слабо изучены. К настоящему  времени выяснено, что формирование  организма идет как под влиянием генов, так и под воздействием условий среды обитания. Эти условия и служат причиной ненаследственной, модификационной, изменчивости. Они могут ускорить или замедлить рост и развитие, изменить окраску цветов у растений, но гены при этом не изменяются. Благодаря модификационной изменчивости особи популяций оказываются приспособленными к меняющимся условиям среды.

 

                                Наследственная изменчивость.

                                   Мутационная изменчивость.

Модификационная изменчивость не затрагивает генотипа организма. Наряду с модификациями существует другая форма изменчивости, меняющая генотип. Эту форму изменчивости называют генотипической или мутационной, а отдельные изменения – мутациями. Наследственные изменения могут быть также результатом перекомбинации генов при скрещивании.

         Существование  наследственных изменений было  известно Дарвину. Вся его теория  эволюции вытекает из учения  о естественном отборе наследственных  изменений. Наследственная изменчивость – необходимая предпосылка естественного и искусственного отбора. Однако во времена Дарвина еще отсутствовали опытные данные о наследственности и законы наследования не были известны. Это не давало возможности строго различать разные формы изменчивости.

         Понятие  о мутациях было введено в  науку голландским ботаником  де Фризом. У растения энотера  он наблюдал появление резких, скачкообразных отклонений от  типичной формы, причем эти  отклонения оказались наследственными.  Дальнейшие исследования на различных объектах – растениях, животных, микроорганизмах – показали, что явление мутационной изменчивости свойственно всем организмам.

         Материальной  основой генотипа являются хромосомы. Мутации – это изменения, происходящие в хромосомах под влиянием факторов внешней или внутренней среды. Мутационная изменчивость отличается от комбинативной изменчивости. Мутации – это вновь возникающие изменения в генотипе, тогда как комбинации – новые сочетания родительских генов в зиготе. Мутации затрагивают разнообразные стороны строения и функции организма.

         Наряду  с резкими наследственными отклонениями  гораздо чаще встречаются небольшие  мутации, лишь немногим отличающиеся  от исходных форм. Тем не менее  указанные де Фризом признаки  мутаций – их скачкообразный характер и наследуемость – остаются в силе. Мутации совершаются в различных направлениях и сами по себе не являются приспособительными, полезными для организма изменениями.

         Многие  возникающие мутации неблагоприятны  для организма и даже могут вызвать его  гибель. В сочетании с аллельным доминантным геном они фенотипически не проявляются. Но иногда происходят и доминантные мутации, снижающие жизнеспособность или даже вызывающие гибель организма. Различают несколько типов мутаций по характеру изменений генотипа.

         Генные мутации. Наиболее распространенными являются мутации, не связанные с видимыми в микроскоп изменениями строения хромосом. Такие мутации представляют собой качественные изменения отдельных генов и носят название генных мутаций. Такие мутации связанны с преобразованием химической структуры ДНК, входящей в состав хромосом. Изменение последовательности нуклеотидов в хромосомной ДНК, выпадение одних и включение других нуклеотидов меняют состав образующейся на ДНК молекулы РНК, а это, в свою очередь, обусловливает новую последовательность аминокислот при синтезе белковой молекулы. В результате в клетке начинается синтезироваться новый белок, что приводит к появлению у организма новых свойств.

         Хромосомные мутации. Известны мутации, связанные с видимыми преобразованиями хромосом. К числу таких изменений относятся, например, перемещение части одной хромосомы на другую, ей негомологичную, поворот участка хромосомы на 180 градусов и ряд структурных изменений отдельных хромосом. К особой группе мутаций относятся изменения числа хромосом. Эти мутации сводятся к появлению лишних или утере некоторых хромосом. Такого рода изменения в хромосомном составе происходят при нарушении в силу каких либо причин нормального хода мейоза, когда вместо нормального распределения хромосом между дочерними клетками обе гомологичные хромосомы оказываются в одной клетке. Обычно такого рода нарушения снижают жизнеспособность организма.

         Особый тип наследственных изменений  представляет собой явление полиплоидии, которое выражается в кратном увеличении числа хромосом. Возникновение полиплоидов обычно связано с нарушением процессов митоза и мейоза. При митотическом делении хромосомы иногда не расходятся к полюсам и не образуют дочерних ядер, а остаются в том же ядре. Если этот процесс происходит не в половой, а в соматической клетки с диплоидным набором хромосом, то сразу возникает клетка, содержащая в два раза больше хромосом, чем диплоидная – тетроплоидная клетка. Она имеет следовательно, вместо двух гаплоидных наборов четыре (4n). Если это наблюдается при мейозе, то конъюгирующие гомологичные хромосомы не расходятся к противоположенным полюсам и возникают диплоидные гаметы. Если такая гамета при оплодотворении сольется с нормальной гаплоидной, то возникает триплоидная (3n). Если обе гаметы окажутся диплоидными, то возникает тетроплоидная зигота (4n).

         Полиплоидные виды довольно часто  наблюдаются в природе у растений  и очень редко встречаются  у животных. Полиплоиды у растений  по сравнению с диплоидами  часто характеризуются более  мощным ростом, большим размером и массой семян и плодов. Явление полиплоидии широко используют на практике в работе по созданию высокопродуктивных сортов растений.

         В настоящее время разработанные  методы, позволяющее получать полиплоиды  экспериментально воздействуя на отделяющуюся клетку ядрами, разрушающими веретено деления, но не препятствующими удвоению хромосом.                      

         Соматические мутации. Мутации связаны с изменениями в строении (изменения нуклеотидов в молекуле ДНК), или числе хромосом. Если эти изменения происходят в половых клетках, то они проявляются в том поколении, которое развивается из половых клеток. Но подобные изменения могут иметь место и в соматических клетках. Их называют соматическими мутациями. Такие мутации приводят к изменению признака только части организма, развивающегося из измененных клеток.

         У  животных соматические мутации  не предаются последующим поколениям, поскольку из соматических клеток  новый организм не возникает.  Другое дело у растений. При помощи отводков и прививок иногда удается сохранить возникшее изменение, и оно оказывается стойким, наследственным.

         Частота и причины мутаций. Большинство мутаций рецессивны. Они возникают в генах, локализованных в хромосомах половых клеток. Гамета, несущая вновь возникшую рецессивную мутацию, при оплодотворении обычно соединяется с гаметой, которая такой мутации не несет. Поэтому вновь возникшая рецессивная мутация фенотипически не проявится. Однако в последующих поколениях она будет размножаться вместе с несущей ее хромосомой и распространяться среди данного вида. Лишь когда соединятся две гаметы, несущие одну и ту же рецессивную мутацию, она проявится фенотипически.