Роль наследственности и среды в онтогенезе

Роль  наследственности и среды в онтогенезе

Онтогенез протекает  в конкретных условиях окружающей среды, и на любом его этапе организм наитеснейшим образом взаимосвязан со средой. Под средой понимают совокупность конкретных абиотических и биотических  факторов (условий), в которых обитает  данная особь (популяция, вид). Эти взаимосвязи  организма и среды складываются и изменяются в процессе эволюции. Развитие каждого конкретного организма - это, по сути, формирование фенотипа (совокупности внешних и внутренних признаков), или реализация генотипа в конкретных условиях среды. Фенотип организма  не только обусловлен генотипом, обеспечивающим материальную преемственность между  поколениями, но и зависит от факторов внешней среды, в которой формируется  и существует данный организм.

В течение всего  онтогенеза происходит взаимодействие между генотипом и факторами  среды, которые в конечном счёте и детерминируют все биологические признаки данного организма. При этом обе эти группы факторов имеют одинаково важное значение, хотя для отдельных признаков доминирующей может выступать одна из двух групп факторов. Так, группы крови (фенотипический признак) имеют у человека исключительно генетическую природу: при любых условиях среды данный генотип проявляется одинаково и обусловливает строго определённую группу крови. С другой стороны, существуют признаки, обусловленные исключительно факторами среды. Например, количество эритроцитов в циркулирующей крови у людей с разнообразными генотипами прямо зависит от высоты местности проживания над уровнем моря: с увеличением высоты их число у всех возрастает. Тем не менее сама способность к изменению числа эритроцитов в зависимости от парциального давления кислорода в атмосферном воздухе обусловлена генетически. Однако подобные крайние случаи очень редки. В большинстве случаев различия особей определяются факторами обеих групп - наследственными и средовыми. Так, различия в росте обусловлены как генетически, так и конкретными средовыми факторами (климат, характер питания и т.п.).

Значительными могут  быть влияния абиотических факторов, или условий среды (атмосферное  давление, излучение, температура, влажность, газовый состав, степень освещённости и др.). При снижении температуры  с +20° до +15°С зародыши лягушки не могут развиваться дальше стадии ней-рулы. Прекращение доступа кислорода к эмбриону аскариды приостанавливает его развитие. Такие реакции позволяют характеризовать подобные изменения внешней среды как неблагоприятные. К последним можно отнести также действие сильных доз облучения. Если неблагоприятные изменения будут сопутствовать многим поколениям, то может произойти отбор на повышение сопротивляемости этим факторам, при условии, что такие организмы из поколения в поколение не будут погибать.

В процессе эволюции выработались приспособления, уменьшающие  зависимость развивающегося организма  от прямого воздействия факторов среды. Эмбрион характеризуется  определённой степенью автономности, которая увеличивается у более  высокоорганизованных животных и достигает  максимума у млекопитающих. Эмбрион  млекопитающих, развиваясь в утробе материнского организма и осуществляя  опосредованную взаимосвязь с внешней  средой через плаценту, максимально  защищен от прямого действия факторов среды. Его развитие характеризуется  максимальной автономизацией.

Часто характер изменений  развивающегося организма, вызываемых либо наследственными, либо средовыми  факторами, бывает сходным. Например, у  женщин, перенесших краснуху на ранних сроках беременности, часто рождаются  глухонемые дети или дети с врождённой катарактой, причём эти аномалии не отличимы от соответствующих аномалий, обусловленных генетически. Изменения фенотипа, сходные с изменениями генетической природы, но обусловленные только факторами внешней среды, получили название фенокопий.

Реферат: Наследственность, непрерывность жизни и среда

НАСЛЕДСТВЕННОСТЬ, НЕПРЕРЫВНОСТЬ ЖИЗНИ И СРЕДА

Наследственность есть категория  историческая. Ее ключевая роль в определении  непрерывности жизни заключается  в том, что она обеспечивает физическую связь между поколениями клеток или организма в виде передачи генетической информации от родителей  к их потомству. Но организмы живут  в условиях определенной среды. Поэтому  непрерывная передача генетической информации от родителей к потомству  обеспечивает единство организмов и  среды.

Наследственность  и непрерывность жизни

Из всех органических молекул  способностью к саморепродукции обладают только нуклеиновые кислоты. Между тем, находясь в клетках, они контролируют их структуру и свойства (активность). Поэтому уникальность жизни в генетическом смысле заключается в том, что нуклеиновые кислоты через половые клетки обеспечивают химическую связь между поколениями. Благодаря размножению, наследственности и изменчивости жизнь видов продолжается бесконечно долго как непрерывное чередование поколений с сохранением между ними химических связей.

Уникальность жизни определяется также и постоянством видов. В  процессе размножения исходные организмы  всегда продуцируют самих себя, т. е. «подобное рождает подобное». Потомство пары мышей всегда является мышами, точно так же, как две  бактериальные клетки являются бактериями того же вида, что и их родительская клетка. Следовательно, постоянство  видов определяется передачей сходства от родителей к потомству, т. е. наследованием  свойств своих родителей, вследствие чего организмы всех поколений (генераций) в пределах вида характеризуются общим наследственным (генетическим) поведением.

Наследственность — это  передача сходства от родителей к  потомству или склонность организмов походить на своих родителей. Наследственность означает передачу анатомических, физиологических  и других, свойств и особенностей от организмов одних поколений (генераций) к организмам других. Поскольку связь  между поколениями обеспечивается половыми клетками, а оплодотворение представляет собой слияние ядер этих клеток и образование зиготы, то ядра половых клеток составляют физическую основу такой связи. Когда  речь идет о наследственности организмов, то следует понимать, что единственным материалом, который наследуется  потомством от своих родителей, является генетический материал, сосредоточенный  в ядерных структурах (хромосомах) и представляющий собой гены (единицы  наследственности). Следовательно, потомство  наследует от своих родителей  не признаки (свойства), а гены, которые  контролируют эти признаки (свойства), причем показателем генетической детерминируемости признаков является наследуемость последних.

Различают наследование, которое  не связано с полом, и наследование, контролируемое, ограничиваемое и сцепленное с полом. Под наследованием, не связанным  с полом, понимают то наследование, которое не зависит от пола организмов-родителей  или потомства. При наследовании, контролируемом полом, проявление генов  отмечают у обоих полов, но по-разному. Наследование, ограничиваемое полом, заключается  в том, что проявление генов происходит лишь у одного пола. Наконец, наследование, сцепленное с полом, обусловлено  локализацией соответствующих генов  в половых хромосомах. Кроме этих типов наследования различают также  полигенное наследование, когда наследуемость  признака подвержена контролю со стороны  нескольких генов.

Однако организмы, которые  произошли от какой-то пары родителей, не все являются совершенно одинаковыми. В одном и том же помете мышей  или в одной и той же культуре бактерий (происходящей от одной бактериальной  клетки) можно встретить организмы, которые по каким-то признакам будут  отличаться от родителей. Иногда у потомства  обнаруживаются признаки, которые были присущи лишь далеким предкам, или  признаки, которые являются совершенно новыми не только для их родителей, но и для их далеких предков. Следовательно, для индивидуальных организмов характерны различия, изменчивость признаков.

Противоположным свойством  наследственности является изменчивость. Она заключается в изменениях генетического материала, сопровождаемых изменениями признаков организма. Результатом изменчивости является образование новых вариантов  организмов, непрерывность разнообразия жизни. 

Наследственность, изменчивость и среда

Непрерывность жизни имеет  генетический характер, ибо наследственность и изменчивость поддерживают стабильность свойств и способность организмов к изменчивости. Однако генетическая непрерывность жизни связана  не только с наследственностью и  ее изменчивостью. Она связана также  со средой, в которой живут и  развиваются организмы.

Все организмы живут и  размножаются в среде, условия которой  не безразличны для них. До тех  пор, пока организм живет, его наследственность взаимодействует со средой. Внешняя  вреда влияет на выражение наследственных признаков и определяет степень  их проявления. Взаимодействие наследственности и среды определяет, каким организм является в данный момент и как он должен развиваться в будущем. Можно сказать, что наследственность предполагает, каким организм должен стать, но не каким он будет. То, каким организм станет в действительности, решается взаимодействием наследственности и среды.

Геном — это сумма генов  или полное количество ДНК, характерное  для клеток организма определенного  вида.

Генотип — это сумма  генов данного организма, его  индивидуальная генетическая конституция, которую он получает от своих родителей. Генотип относительно стоек не протяжении всей жизни индивидуума. Для взрослого человека, независимо от его возраста, характерен тот же генотип, который был присущ ему в период внутриутробного роста и развития, в детстве, отрочестве, юности.

Фенотип — сумма всех внешних  и внутренних признаков (свойств) данного  организма. У всех организмов различают  качественные и количественные признаки. Качественными признаками служат те, которые можно, глядя на них, сфотографировать или описать, причем степень достоверности  в описании зависит от умения описывающего. Так К. Линней настолько ярко описал качественные признаки домашней собаки, что эти описания уже два столетия переходят из одного учебника в другой без изменений. Такими признаками организмов являются половые различия, форма  тела, строение, масть животного, окраска  цветков и плодов, форма семян, плодов и т. д. Особенно разнообразны качественные признаки у человека. Они специфичны применительно к  каждому индивидууму.

Количественными признаками служат те, которые можно определить путем измерений. Например, количественными признаками у растений являются масса семян, плодов, количество, форма и размеры листьев, высота стеблей, урожайность и т. д. У домашних животных количественными признаками являются молочная и мясная продуктивность, белковое содержание мяса, количество жира в молоке коров, яйценоскость кур, масса яиц, оплата корма и т. д. В растениеводстве и животноводстве учет количественных признаков имеет очень большое значение не только в хозяйственном плане, но и в том, что их используют в селекции высокоурожайных сортов растений и высокопродуктивных пород животных, ведя отбор на хозяйственно полезные признаки. Как правило, количественные признаки и у растений и у животных контролируются не одним, а большим количеством генов, действующих в одном направлении. У человека количественными признаками являются масса тела, головного мозга, масса и размеры внутренних органов, рост, количество форменных элементов крови, степень пигментации кожи, общая интеллектуальность и т. д. Как и в случае растений и животных количественные признаки человека тоже подлежат генетическому контролю, т. е. являются полигенами.

В противоположность генотипу фенотип любого организма изменяется в процессе роста и развития на протяжении всей его жизни. В случае человека изменения фенотипа у отдельного индивидуума можно проследить по его фотографиям, сделанным в  разные периоды жизни. Можно сказать, что фенотип организма является различным в онтогенезе индивидуума, т. е. в эмбриональном периоде, после  рождения, во время полового созревания и т. д.

Генотип организма определяют путем наблюдения его действия (реализации генетической информации) и влияния  на фенотип в условиях определенной среды. Когда два или несколько  организмов растут и развиваются  в одинаковых условиях, но фенотипы их различны, то это означает, что  такие организмы имеют разные генотипы. Строго говоря, фенотипы являются результатом взаимодействия различных  генов (компонентов генотипа) между  собой и генотипа со средой. Поэтому  нельзя думать, что организм или  какие-либо признаки организма зависят  исключительно только от генотипа или  только от среды. Два одинаковых генотипа могут развиваться в разных условиях и дать разные фенотипы. Точно так  же два разных генотипа могут развиваться  в условиях одинаковой среды и  дать разные фенотипы. Кроме того, если организмы, развивающиеся в условиях сходной или неодинаковой среды, имеют сходные фенотипы, это еще  не означает, что их генотипы одинаковы. В таких случаях часто имеет  значение доминантность признаков, которая может осложнять установление генотипа.

Фенотип организма с определенным генотипом формируется не только под влиянием факторов среды, действующих  в данное время, но и тех факторов, которые действовали ранее на протяжении всей жизни организма. В  случае человека любой индивидуум с  его физическими, анатомическими, физиологическими и психическими свойствами является продуктом роста и развития, детерминируемого определенным генотипом и осуществляющегося  в условиях среды с определенной последовательностью различных  факторов этой среды, включая социальные. Другими словами, каждый индивидуум представляет собой продукт его  генотипа и жизненного опыта. Например, японцы, проживающие в США, превосходят  по росту японцев на их родине в  Японии, причем это объясняют характером диеты. Однако в обоих случаях  диапазон ростовых характеристик детерминируется  генетически.

Наиболее демонстративно взаимодействие наследственности и  внешней среды проявляется у  однояйцевых (идентичных) близнецов. Многие наблюдения свидетельствуют о том, что жизнь и воспитание идентичных близнецов в различных семьях и в условиях разной среды всегда приводили к тому, что близнецы сохраняли фенотипическое сходство, но различались между собой как  личности; пример, касающийся однояйцевых  близнецов, свидетельствует о том, что наследственно задатки проявляются лишь в условиях определенной среды. В частности, на развитие умственных способностей человека, которые сами по себе детерминированы генетически, может оказывать влияние и среда.