Что послужило причиной исследования изменчивости организмов

Изменчивость

Под изменчивостью понимают способность организмов приобретать признаки и свойства отличные от родительских, характерных для данного вида. Изменчивость является общим свойством всех живых систем и может выражаться в изменении как генотипа, так и фенотипа.

Традиционно различают ненаследственную и наследственную изменчивость.

Модификационная изменчивость

Модификационная (фенотипическая) изменчивость – изменения фенотипа организма, обусловленные влиянием факторов внешней среды. Данный вид изменчивости не приводит к изменениям генотипа особи – все изменения касаются только фенотипа.

Напомню, что генотипом называют генетическую конституцию – совокупность генов одного организма, полученных от родителей. Фенотип (греч. phаino – обнаруживаю) – совокупность наблюдаемых характеристик организма (любой морфологический, гистологический, биохимический, поведенческий признак).

Для модификационной изменчивости характерен групповой характер, она часто (но не всегда) служит приспособлением к условиям внешней среды. Известным примером модификационной изменчивости является изменение окраски шерсти у зайца-беляка в зависимости от сезона года.

Такое изменение окраски делает их более приспособленными, повышает выживаемость: заяц сливается с внешней средой и становится незаметен для хищников.

Однако не стоит забывать об относительности любой приспособленности: если среда резко изменится, то белый заяц на фоне темной земли станет легкой добычей для хищников.

Еще одним примером модификационной изменчивости служит изменение окраски шерсти у гималайских кроликов. Они рождаются полностью белыми, так как их эмбриональное развитие протекает в условиях повышенной температуры.

Однако в результате воздействия холода на разные участки их тела, шерсть начинает темнеть. В естественных условиях шерсть темная на ушах, носе, лапах и хвосте.

В эксперименте лед привязывают к спине, и через некоторое время шерсть на этом месте начинает темнеть. Это наглядно демонстрирует влияние внешней среды на проявление признака.

Вам известно, что человек, побывавший на солнце, получает его “отпечаток” – загар. Потемнение цвета кожи в данном случае связано с активной выработкой пигмента меланина, который защищает кожу и внутренние органы от УФ излучения.

Загар также является типичным примером модификационной изменчивости. Одни люди загорают быстро, у других этот процесс занимает гораздо больше времени – все дело в норме реакции.

Норма реакции

Нормой реакции называют генетически (наследственно) закрепленные пределы (границы) изменчивости признака. Принято говорить, что у каждого признака существует определенная норма реакции: она может быть узкой или широкой.

Узкая норма реакции характерна для признаков, которые относятся к качественным: форма глаза, желудка, сердца, размеры головного мозга, рост.

Количественные признаки имеют широкую норму реакцию и достаточно вариабельны в течение жизни: яйценоскость кур, удойность коров, вес, размер листьев.

Итак, подведем итоги. Для фенотипической (ненаследственной, групповой, определенной) изменчивости характерно:

• Причина изменения – влияние факторов внешней среды
• Изменения признаков организма не затрагивают генотип, происходят в соматических клетках и не передаются потомкам
• Изменение признаков ограничено в пределах нормы реакции, которая определяется генотипом
• Изменчивость носит групповой характер, характерна для многих особей (к примеру, сезонная изменчивость)

Наследственная изменчивость

Наследственная изменчивость (неопределенная, индивидуальная, генотипическая) – форма изменчивости, вызванная изменениями генотипа организма, которые могут быть связаны с мутационной или комбинативной изменчивостью.

В отличие от модификационной изменчивости, где затрагивается только фенотип (внешние проявления), генотипическая изменчивость затрагивает генотип, а это означает, что генетические изменения затрагивают и половые клетки, которые передаются потомству. Поэтому и называется она – наследственная.

Комбинативная изменчивость

Комбинативная изменчивость возникает в результате появления у потомков новых сочетаний генов (комбинаций). Эти комбинации возникают во время мейоза в результате хорошо вам знакомого (я надеюсь!) кроссинговера – обмена участками между гомологичными хромосомами.

Запомните, что в основе комбинативной изменчивости лежит три краеугольных момента:

• Случайная комбинация генов в ходе кроссинговера
• Независимое расхождение хромосом в мейозе
• Случайная встреча гамет при оплодотворении

Я всегда говорю ученикам, что комбинативная изменчивость – это полная неопределенность: мы не знаем, какие комбинации возникнут между генами при кроссинговере, не знаем, какие хромосомы образуются и в какие гаметы они разойдутся, и, наконец, не знаем какие половые клетки (гаметы) встретятся при оплодотворении.

То, что мы отличаемся от своих родителей, и есть результат этих неопределенностей.

Мутационная изменчивость

Мутационная изменчивость связана с возникновением мутаций. Мутации (лат. mutatio – изменение) – внезапные, возникающие спонтанно или вызванные мутагенами наследуемые изменения генетического материала, приводящие к изменению тех или иных признаков организма.

Для того, чтобы понять суть мутационной изменчивости, давайте дадим характеристику мутациям:

• Мутации – резкие спонтанные изменения генотипа
• Стойкие, передаются потомкам через половые клетки (гаметы)
• Ненаправленные. Большинство мутаций – вредные (часть из них летальные), лишь очень небольшая часть носит полезный приспособительный характер, мутации также могут быть безразличными (нейтральными) для организма
• Носят индивидуальный характер

Среди мутаций различают следующие виды:

Генные (точечные)

Изменения при генных мутациях происходят в последовательности нуклеотидов молекулы ДНК. Может случаться такое, что один или несколько нуклеотидов выпадают из ДНК (делеция), вставляются новые нуклеотиды, удваиваются имеющиеся нуклеотиды (дупликация).

Изменения ДНК ведут к тому, что в результате на рибосомах синтезируется белок с иной аминокислотной последовательностью. К примеру: изначально триплет ДНК “ТАЦ” кодировал аминокислоту “Мет”, нуклеотид “Т” выпал из триплета произошла вставка нуклеотида “Г”. В результате вместо аминокислоты “Мет” теперь синтезируется аминокислота Вал.

Новые аминокислоты могут поменять свойства белка, так что признак, за который он отвечает, будет меняться. Только что вы узнали об универсальной схеме – изменении фенотипа в результате изменений генотипа.

В результате хромосомных мутаций происходят структурные изменения хромосом (не следует путать с кроссинговером, который происходит в норме и подразумевает обмен участками между гомологичными хромосомами). Последствия хромосомных мутаций часто оказываются летальны.

В результате таких мутаций может происходить утрата (делеция) участка хромосомы, его удвоение (дупликация), поворот на 180° (инверсия), перенос участка одной хромосомы на другую (транслокация), перенос участка внутри одной хромосомы (транспозиция).

Данный тип мутаций проявляется в изменении числа хромосом. Выделяют:

Автополиплоидию – кратное увеличение числа наборов хромосом

В результате таких мутаций количество хромосом увеличивается в кратное количество раз (2,3,4 и т.д.). В результате получаются организмы триплоиды, тетраплоиды и т.д. Иногда такие мутации вызывают искусственно, к примеру, в селекции растений. Известно, что у полиплоидов более крупные и сочные плоды.

В селекции полиплоидию у растений вызывают добавлением специального химического вещества – колхицина, который блокирует образование нитей веретена деления. Вследствие этого хромосомы не расходятся и остаются в одной клетке – набор хромосом увеличивается в 2 раза.

Имеет значение в процессе видообразования. Примером данной мутации может послужить отдаленная гибридизация (аутбридинг) пшеницы и ржи. Их генотип состоит из гаплоидного набора пшеницы (n) и гаплоидного набора ржи (m). В результате такого скрещивания получают растение – тритикале. Тритикале дает отличный урожай, однако из-за геномной мутации это растение стерильно.

Также примером отдаленной гибридизации, соответственно и аллополиплоидии, является гибрид осла (самца) и лошади (самки) – мул. Это животное отличается большой выносливостью, но опять-таки бесплодное вследствие геномной мутации.

Анеуплоидия – изменение кариотипа (совокупность признаков хромосом), при котором число хромосом в клетках не кратно гаплоидному набору (n). Таким образом, в результате анеуплоидии отсутствует одна (или несколько) хромосом, либо же хромосомы имеются в избытке (“лишние” хромосомы).

В случае отсутствия в хромосомном наборе одной хромосомы говорят о моносомии, двух хромосом – нуллисомии. Если к паре хромосом добавляется одна лишняя, говорят о трисомии.

Наследственные болезни, в том числе связанные с геномными мутациями: синдром Шерешевского-Тёрнера, Дауна – мы более детально обсудим в следующей статье, которая посвящена наследственным заболеваниям.

Раз уж мы затронули аутбридинг, то следует коснуться явления инбридинга и гетерозиса для их полного понимания.

Инбридинг (англ. in — в, внутри + breeding — разведение) – скрещивание близкородственных форм, в результате которого в ряду поколений увеличивается гомозиготность. С помощью инбридинга выводят чистые линии (AA, aa, BB, bb). Однако известно, что близкородственное скрещивание может приводить к проявлению рецессивных генов заболеваний и ослаблению потомства.

Гетерозис (греч. ἕτερος – другой + -ωσις – состояние) – явление увеличения жизнеспособности гибридов, вследствие унаследования ими различных вариантов аллельных генов от своих разнородных родителей. Увеличение жизнеспособности связывают с переходом генов в гетерозиготное состояние.

©Беллевич Юрий Сергеевич

Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.

Что послужило причиной исследования изменчивости организмов?

Ученым потребовалось понимание, каким образом и почему происходят изменения организмов. Ведь изучив, как изменялись прошлые поколения тех или иных организмов, можно впоследствии предсказать будущие изменения. А это и есть одна из целей науки.

Екатерина Шмелева 1

Другие интересные вопросы и ответы

Как подготовиться к ЕГЭ по биологии с нуля? С чего начать? Есть ли хорошие видеоуроки?

Окей, вам понадобится: 1. Кодификатор по биологии с сайта фипи. 2. Школьные учебники по биологии за 6-11 класс (мне нравится Пасечник для всего и Билич и Кржановский по анатомии, но сойдут вообще любые, по которым учатся в школах). Школьный учебник — ваш лучший друг, если учите с нуля. В егэ спрашивают все только по школьной программе, так что там не будет ничего лишнего, плюс написано все простым языком.

Когда вы посмотрели кодификатор, выбирайте любую тему и работайте над ней так: читаете в учебнике (лучше в двух разных) — учите это — отрабатываете на тех заданиях егэ, где она встречается — как бонус можете позже повторить ее по сборнику по подготовке к егэ типа Лернера.

В качестве доп материалов есть вот что:

1. Сайт ЗЗуброминимум – я начинала готовиться с этого сайта, там 33 коротких конспекта на самые важные темы по биологии, хорошо для совсем начинающих, чтобы начать нарешивать тесты. На самом сайте написано: “Чтобы отвечать на половину вопросов ЕГЭ по биологии, надо зазубрить всего лишь 33 небольших конспекта.” В общем, он как-то придает уверенности.

! На этом же сайте есть очень важный раздел “вопросы, в которых дети чаще всего совершают ошибки”. Изучите его внимательно! Я смотрела его незадолго до экзамена и мне _реально_ в егэ попалось несколько вопросов, которые там были разобраны.

2. Сайт interneturok. Я его использую как дополнение к учебнику, чтобы закрепить материал. Там видео + текстовый конспект + тренажеры + тесты

3. Плейлист фоксфорда по биологии на ютьюбе. Многие темы очень хорошо разобраны

4. Группы вконтакте просто, чтобы мелькали у вас в ленте, там публикуются разные вопросы, хорошо для практики

Оля Смирнова 32

Лабораторная работа по биологии на тему “Изучение изменчивости”.

Различия между особями одного вида объясняются различными условиями существования. Они вызывают модификационную изменчивость.

Это изменения фенотипа, приобретенные во время индивидуального развития организма. Например, у пшеницы это длина стебля, листьев, размер зерновок и тому подобное.

Модификации носят адаптивный характер и не наследуются через половое размножение. У многих растений модификации наследуются благодаря вегетативному размножению. чудо 2

Какую тему придумать для исследовательской работы по биологии?

Необходима НЕ банальная тема (типа «выращивание дуба»), оригинальная и интересная! Для школьника старшей школы. Чтобы она действительна была научной и полезной не только для учёных, но и для обычных людей, к примеру, садоводов.

Рассмотрю все варианты! Возможно повышение ставки.

Сделайте реально полезную работу! Так сказать, в пользу будущего всего мира! Если еще и грамотно оформите, и препод у вас толковый, думаю, он будет заинтересован протолкнуть ее дальше, на всякие олимпиады и вроде того.

Итак, предлагаю варианты, переформулировать их, наверное, стоит поумнее. Так что я только идеи кидаю.

1. Какая растительность лучше всего приживается на убитой химией территории. Ну, знаете, если имеем дело с выжженной отравами почвой, где трава не растет. Надо как-то воскресить ее. Начать с малого – с корявой сосны, пусть кислород вырабатывает, а там уж и елки смогут расти, лет через десять.
2. Деревья, кустарники, грибы, плесень, способствующие очищению почвы. В тех же целях.
3. Гибридные плодовые деревья – по какому принципу удается кого-то скрещивать, а кого-то нет? Почему есть нектарин, но нет грушевишни?
4. Не помню название явления. Знаете, когда некий не местный сорт плодоносящего дерева прикрепляют к местному, потому что не местный не может расти в этих условиях. И получается, что на дикой яблоне растут ред делишес, грубо говоря. Вот изучите, почему кто-то к кому-то прирастает, а кто-то нет? Что сделать, чтобы на осине росли апельсины?
5. Что-то историческое, вроде, почему осину считают защитой от нечисти. Ведь такие штуки как-то перекликаются с наукой. Например, пресловутые зелья из лягушек – в коже прыгучих тварей нашли антисептик. Серебро тоже обладает похожим свойством. А что осина? В ней тоже что-то должно быть. Расскажите!

Мне было бы очень интересно почитать итоги, если выберете что-то из этого. А тему с очищающими воздух и почву растениями можете предложить потом гринпису – когда изучите глубоко))

Лабораторная работа 5 “Изучение изменчивости у организмов”

У клена простой лист черешкового типа с сетчатым жилкованием, пальчатой формой листовой пластинки и выемчатым краем.

Причины индивидуальной изменчивости организмов

Если причины групповой изменчивости легко объяснить — особи разных популяций живут в неодинаковых условиях, а потому на них по-разному влияют факторы среды, то индивидуальную изменчивость объяснить сложнее. Действительно, почему рыбы, живущие в одном пруде или даже аквариуме, отличаются по раз­мерам, окраске, скорости роста, плодовитости и другим призна­кам и показателям. Ещё больший вопрос возникает с клоновыми организмами, которые живут не только в одной местности, но и имеют совершенно одинаковый состав генов. Почему у них воз­никает индивидуальность на уровне фенотипических признаков?

Конечно, главной причиной индивидуальной изменчивос­ти являются генотипические особенности каждого организма, которые и определяют изменчивость признаков. Действитель­но, как показал генетический анализ, в изменчивости любого признака или свойства организма присутствует генетическая составляющая, но она объясняет только какую-то её часть. Например, индивидуальная изменчивость млекопитающих, живущих в одинаковых условиях среды, по такому признаку, как длина тела, только на 30 % объясняется их генетическими отличиями. Остальное, как считают, — случайные факторы. Изменчивость других признаков в большей степени зависит от генетических факторов: цвет волос — на 70 %, а цвет глаз даже на 90% зависит от генов. Но всё равно в изменчивости и этих признаков играют роль случайные факторы.

Что это за случайные факторы? К ним, прежде всего, относят непрогнозируемые благоприятные или неблагоприятные для жизни события, с которыми встретился организм в период сво­его развития и которые оставили на нём свой след. Например, одному мальку повезло, он первым проклюнулся из икры. Ему досталось много еды и по счастливой случайности он избежал заражения паразитами, а потому рос очень быстро. Другой ока­зался неудачником: появился из икры позже других, пищи ему не очень хватало, угнетали паразиты. В результате он отстал в росте. Большинству потомства не так повезло, как первому мальку, но и особые неудачи их не преследовали. Поэтому по показателям роста и размерам они заняли среднее положение.

Очевидно, кому быть счастливчиком, а кому — горемыкой напрямую не связано с генетическими особенностями особей, и часто определяется даже до рождения. Например, икринки, расположенные ближе к кровеносным сосудам, пронизывающим яичник, получают больше питательных веществ и соответственно из них после оплодотворения появляются более жизне­способные личинки. Материал с сайта http://worldofschool.ru

Кроме того, в процессе реализации программы индивидуального раз­вития, которая представляет собой сложнейший процесс деления одних клеток и гибели других, могут происходить случайные самопроизвольные сбои, которые внешне проявляются в отличиях организмов друг от друга. Именно из-за таких случайных, непредсказуемых действий факторов среды и случайных ошибок в реализации программы развития даже генетически одинаковые особи будут всегда внешне чем-то отличаться друг от друга. Причём, как показывают исследования гомогаметных людей-близнецов, с возрастом их различия усугубляются.

Источники:

http://studarium.ru/article/129
http://ask-homework.ru/biologiya-i-botanika/laboratornaya-rabota-po-biologii-na-temu-izuchenie-izmenchivosti/
http://worldofschool.ru/biologiya/stati/genetika/izmenchivost/prichiny-individualnoj-izmenchivosti-organizmov