Контрольная работа по "Генетике"

 

 

МИНОБРАЗОВАНИЯ  НАУКИ РОССИИ                                                                 ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО  ПРОФЕССИАНАЛЬНОГО  ОБРАЗОВАНИЯ                                                                           «Южный федеральный университет»

                                                                                                                                      Факультет естествознания

 

Кафедра методики преподавания биологии, химии, естествознания

 

 

Контрольная работа по генетике

 

Вариант 5

Специальность 050102 «Биология»

 

 

                                                                                                          Исполнитель:

студентка 6 курса

заочного отделения

Беличенко М.В.

Руководитель:

Чугуева.О.И

Ростов-на-Дону

                                                              2014

 

 

Вопрос № 1

Пути видообразования  в природе.

Ответ:

     Видообразова́ние — процесс возникновения новых биологических видов и изменения их во времени. При этом генетическая несовместимость новообразованных видов, то есть их неспособность производить плодотворное потомство или вообще потомство, при скрещивании называется межвидовым барьером, или барьером межвидовой совместимости.Видообразование может быть рассмотрено в территориальном и филогенетическом аспектах. Новый вид может возникнуть из одной или группы смежных популяций, расположенных на периферии ареала исходного вида. Такое видообразование называется аллопатрическим (от греч. allos -- иной и patris -- родина). В других случаях новый вид может возникнуть внутри ареала исходного вида, как бы внутри вида; этот путь видообразования называется симпатрическим (от греч. syn -- вместе и patris -- родина). Новый вид может возникнуть посредством постепенного изменения одного и того же вида во времени, без какой-либо дивергенции исходных групп. Такое видообразование называется филетическим. Новый вид может возникнуть путем разделения единого предкового вида (дивергентное видообразование). Наконец, новый вид может возникнуть в результате гибридизации двух уже существующих видов -- гибридогенное видообразование. Кратко опишем эти основные пути видообразования.

Аллопатрическое видообразование

     При аллопатрическом видообразовании новые виды могут возникнуть путем фрагментации, распадения ареала широко распространенного родительского вида. Примером такого процесса может быть возникновениевидов ландыша. Другой способ аллопатрического видообразования - видообразование при расселении исходного вида, в процессе которого все более удаленные от центра расселения периферийные популяции и их группы, интенсивно преобразуясь в новых условиях, становятся родоначальниками видов. Примеры, аналогичные видообразованию в группе больших чаек, известны и для других птиц, некоторых рептилий, амфибий, насекомых.В основе аллопатрического видообразования лежат те или иные формы пространственной изоляции, и этот путь видообразования всегда сравнительно медленный, происходящий на протяжении сотен тысяч поколений. Именно за такие длительные промежутки времени в изолированных частях населения вида вырабатываются те биологические особенности, которые приводят к репродуктивной самостоятельности даже при нарушении первичной изолирующей преграды. Аллопатрическое видообразование всегда связано с историей формирования видового ареала.

 2 Симпатрическое видообразование

     При видообразовании симпатрическим путем новый вид возникает внутри ареала исходного вида. Первый способ симпатрического видообразования -- возникновение новых видов при быстром изменении кариотипа, например при автополиплоидии. Известны группы близких видов (обычно растений) с кратными числами хромосом. Так, например, в роде хризантем все формы имеют число хромосом, кратное 9, 18, 27, 36, 45..., 90. В родах табака и картофеля основное, исходное, число хромосом равно 12, но имеются формы с 24, 48, 72 хромосомами. В таких случаях можно предположить, что видообразование шло путем автополиплоидии -- посредством удвоения, утроения, учетверения и т. д. основного набора хромосом предковых видов. Процессы полиплоидизации хорошо воспроизводятся в эксперименте посредством задержки расхождения хромосом в мейозе, в результате воздействия, например, колхицином. Известно, что полиплоиды могут возникать и в природных условиях. Возникшие полиплоидные особи могут давать жизнеспособное потомство лишь при скрещивании с особями, несущими то же число хромосом (или при самоопылении). В течение немногих поколений в том случае, если полиплоидные формы успешно проходят «контроль» естественного отбора и оказываются лучше исходной диплоидной, они могут распространиться и сосуществовать совместно с породившим их видом или, что бывает чаще, просто вытеснить его. Полиплоидные формы, как правило, крупнее и способны существовать в более суровых физико-географических условиях. Именно поэтому в высокогорьях и в Арктике число полиплоидных видов растений резко увеличено. Среди животных полиплоидия при видообразовании играет несравненно меньшую роль, чем у растений, и во всех случаях связана с партеногенетическим способом размножения (например, у иглокожих, членистоногих, аннелид и других беспозвоночных).                                               Второй способ симпатрического видообразования -- путем гибридизации с последующим удвоением числа хромосом -- аллополиплоидия .

      Наконец, последним, достаточно изученным способом симпатрического видообразования является возникновение новых форм в результате сезонной изоляции. Известно существование ярко выраженных сезонных рас у растений, например у погремка Alectorolophus major , раннецветущие и позднецветущие формы которого полностью репродуктивно изолированы друг от друга, и, если условие отбора сохраняется, лишь вопрос времени -- когда эти формы приобретут ранг новых видов. Аналогично положение с яровыми и озимыми расами проходных рыб; возможно, что эти формы уже являются разными видами, очень схожими морфологически, но изолированными генетически (виды-двойники).Особенность симпатрического пути видообразования -- возникновение новых видов, морфофизиологически близких к исходному виду. Так, при полиплоидии увеличиваются размеры, но общий облик растений сохраняется, как правило, неизменным; при хромосомных перестройках наблюдается та же картина; при экологической (сезонной) изоляции возникающие формы также обычно оказываются морфологически слабо различимыми. Лишь в случае гибридогенного возникновения видов появляется новая видовая форма, отличная от каждого из родительских видов (но также имеющая признаки, характерные для двух исходных видов).

3 Гибридогенное видообразование

Этот тип видообразования  обычен у растений: по некоторым  подсчетам более 50 % видов растений представляют собой гибридогенные формы -- аллополиплоиды. Укажем лишь на некоторые. Культурная слива  возникла путем гибридизации терна с алычой с последующим удвоением числа хромосом. Некоторые виды пикульников, малины, Табаков, брюквы, полыни, ирисов и других растений -- такие же аллополиплоиды гибридогенного происхождения.

    Интересен случай возникновения нового симпатрического вида на основе гибридизации с последующим удвоением числа хромосом местного английского вида S. и завезенной в 70-х годах XIX в. из Северной Америки S. . Сейчас ареал этого вида интенсивно расширяется за счет сокращения ареала местного европейского вида. Другой пример гибридогенного вида, возникшего симпатрически, -- рябинокизильник , сочетающий признаки рябины и кизильника и распространенный в середине 50-х годов в лесах южной Якутии по берегам среднего течения р. Алдан. В результате гибридогенного видообразования особенно часто могут образовываться комплексы видов (или так называемых полувидов), связанных между собой гибридизацией -- сингамеоны (В. Грант). В случае таких гибридных комплексов иногда бывает трудно обнаружить четкие границы между отдельными видами, хотя виды как устойчивые генетические системы выделяются вполне определенно.

4 Филетическое видообразование

     При филетическом видообразовании вид, весь в целом изменяясь в чреде поколений, превращается в новый вид, который можно выделить, сопоставляя морфологические характеристики этих групп. Ясно, что в том случае возможно лишь сопоставление морфологических характеристик, так как изучать результаты филетической эволюции можно лишь с привлечением палеонтологического материала. При этом всегда остается возможность того, что на каком-то этапе эволюции от единого филетического ствола могли дивергировать другие группы. Поэтому в «чистом виде» филетическая эволюция, видимо, возможна лишь как идеализированное и упрощенное отражение эволюционного процесса на одном из отрезков жизни вида (фратрии).

 

Вопрос № 2

Спонтанные и индуцированные мутационные процессы. Значение и характеристика этих процессов.

Ответ:

          Индуцированный мутационный процесс - это возникновение наследственных изменений под влиянием направленного действия факторов внешней и внутренней среды. Возникновения мутаций без установленных причин принято называть спонтанным мутационным процессом.  Мутационная изменчивость обусловлена как влиянием на организм факторов внешней среды, так и его физиологическим состоянием.

Под индуцированным мутационным  процессом понимают возникновение  наследственных изменений под влиянием сцепленного воздействия факторов внешней и внутренней среды. Первые исследования, относящиеся к изучению влияния различных факторов (мутагенов) на наследственную изменчивость появились  в начале прошлого столетия. В настоящее  время убедительно доказано влияние  температуры, ультрафиолетовых и рентгеновских  лучей, химических веществ и других реагентов на возникновение мутаций. Наибольший успех достигнут в изучении действия ионизирующих излучений.

        Действие ионизирующих излучений В России Г.А. Надсоном и Г.С. Филипповым в 1925г. впервые показано влияние лучей радия на наследственную изменчивость у грибов. Однако наиболее убедительное доказательство влияния рентгеновских лучей на наследственную изменчивость было получено Г. Меллером в 1927г. Было показано, что облучение увеличивает частоту возникновения мутаций в сотни раз по сравнению со спонтанной частотой. Позднее рядом исследователей было установлено влияние радиации на возникновение мутаций растений - кукурузы, табака, ячменя, пшеницы. Возник новый раздел  генетики - радиационная генетика. Исследованию влияния ионизирующих агентов на мутационный процесс уделяется большое внимание. Это определяется тем значением, которое ионизирующие излучения приобрели в жизни человека в последние десятилетия.  Под влиянием даже незначительной дозы ионизации резко возрастает частота мутаций. Подавляющее большинство мутаций порождает различные наследственные уродства и болезни. Накапливаясь в поколениях, они могут привести к тяжелым отрицательным последствиям. Вместе с тем ионизирующие излучения с большим успехом используются в селекции и медицине, они широко применяются для изучения мутационного процесса. При исследовании действия ионизирующих излучений на клетку было показано, что ядро примерно в 100 000 раз чувствительнее к радиации, чем цитоплазма. Поражаемость ядра клетки ионизирующими излучениями, так же как и другими агентами, может быть обусловлена высокой чувствительностью хромосом. ДНК хромосом является одним из самых чувствительных компонентов клетки. Меньшая чувствительность цитоплазмы может быть обусловлена наличием в ней множественных одноименных структур, заменяющих друг друга. После облучения в клетках наблюдается самые разнообразные обратимые и необратимые изменения: возникают клетки с гигантскими ядрами, многоядерные клетки, нарушается полярность при делении ядра, тормозится митотическая активность, происходит слипание хромосом или их фрагментация. Нарушение нормального хода митоза под влиянием облучения может приводить к возникновению полиплоидных, гаплоидных или анеуплоидных клеток. При облучении в большом количестве возникают летальные, полулетальные (понижающие жизнеспособность)  и другие мутации, вызывающие гибель зигот. Такие мутации могут быть доминантными и рецессивными. На основании количественного учета мутаций была установлена зависимость частоты их возникновения от дозы облучения. Многочисленные опыты с дрозофилой, кукурузой, ячменем и другими объектами позволили сделать вывод, что частота генных мутаций возрастает прямо пропорционально дозе ионизирующего излучения. Считается, что любая малая доза ионизирующей радиации может приводить к повышению частоты мутаций, т.е. говорят о беспороговом генетическом эффекте ионизирующей радиации.      Исследованиями установлено, что облучение в атмосфере чистого кислорода повышает частоту мутаций. Явление увеличения частоты мутаций при действии ионизирующей радиации в присутствии кислорода было названо «кислородным эффектом». В настоящее время доказано мутагенное действие ультрафиолетовых лучей для многих организмов. Они могут вызывать все виды мутаций.

Спонтанный мутационный  процесс и его причины

       Мутационный процесс характеризуется частотой возникновения мутаций и направлением мутирования генов.Частота возникновения мутаций является одной из определяющих черт каждого вида животных, растений и микроорганизмов. Одни виды обладают более высокой мутационной изменчивостью, чем другие. Эти различия обусловлены влиянием многих факторов общего и частного значения: генотипического строения вида, степени его адаптации к условиям внешней среды, места его распространения, силы действия природных факторов и т.д. Как бы организм ни был защищен от воздействия внешней среды, протекающие в нем химические процессы, связанные с обменом веществ, могут быть причиной спонтанной мутационной изменчивости. В настоящее время еще нет полного представления о частоте возникновения мутаций за одно поколение. Это объясняется тем, что мутации чрезвычайно разнообразны как по фенотипическому проявлению, так и по генетической обусловленности. А методы учета мутаций несовершенны; лишь в отношении мутабильности отдельных локусов можно дать более или менее точную оценку. Как правило, одновременно мутирует лишь один из членов аллельной пары, что объясняется редкостью самого мутирования.

 

     Установленные общие закономерности частоты спонтанного мутирования сводятся к следующим положениям:

1) различные гены в  одном генотипе мутируют с  разной частотой;

2) сходные гены в разных  генотипах мутируют с различной  скоростью.

Итак, гены мутируют с разной частотой, т.е. имеются гены мутабильные и стабильные. Каждый ген мутирует относительно редко, но так как число генов в генотипе может быть огромным, то суммарная частота мутирования различных генов оказывается довольно высокой. Для дрозофилы этот расчет показывает одну мутацию примерно на 100 гамет за одно поколение. Однако подобные расчеты пока не очень точны, так как фактически нельзя отличить единичное измерение локуса от сложных мелких реорганизаций в хромосомах, кроме тог, очень трудно установить одновременно мутирование в разных хромосомах в пределах одной клеткиИсходя из редкости самого события - мутации гена, следует объяснить и тот факт, что обычно наблюдают мутирования лишь в одном из локусов. Генетика не знает ни одного достоверного факта одновременного мутирования двух аллелей в гомологичных хромосомах. Но возможно, что это объясняется самим механизмом возникновения мутаций.

        Причины спонтанного мутирования генов остаются еще далеко не выясненными. Одной из главных причин, обуславливающих разную частоту мутирования, является сам генотип. С помощью селекции можно создать линии, которые будут иметь разную спонтанную мутабильность. В пользу этого говорит тот факт, что существуют специальные гены - мутаторы, которые влияют на скорость мутирования других генов. Так, например, у кукурузы вблизи первого конца короткого плеча IX хромосомы лежит локус Dt, который влияет на мутабильность локуса А, находящегося в длинном плече III хромосомы. Влияние генотипа на спонтанную мутабильность отдельного гена проявляется также при гибридизации. Имеются указания на то, что частота мутирования одного и того же локуса выше у гибридных организмов, чем у исходных форм.  Спонтанный мутационный процесс обусловлен также физиологическим состоянием и биохимическими изменениями в клетках. Так, например, М.С. Навашин и Г. Штуббе показали, что в процессе старения семян при хранении в течение нескольких лет частота мутаций, особенно типа хромосомных перестроек, значительно увеличивается. Подобное явление наблюдается в отношении частоты летальных мутаций у дрозофилы при хранении спермы в семяприемниках самок. Такого рода факты указывают на то, что спонтанное мутирование гена зависит от физиологических и биохимических изменений клетки, связанных с внешними условиями. Одной из возможных причин спонтанного мутирования может быть накопление в генотипе мутаций, блокирующих биосинтез тех или иных веществ.