Какова эволюционная роль мутаций кратко

Обновлено: 05.07.2024

Мутационный процесс – источник резерва наследственной изменчивости популяций. Поддерживая высокую степень генетического разнообразия популяций, он создает основу для действия естественного отбора.

Как написать хороший ответ? Как написать хороший ответ?

Написать правильный и достоверный ответ;
Отвечать подробно и ясно, чтобы ответ принес наибольшую пользу;
Писать грамотно, поскольку ответы без грамматических, орфографических и пунктуационных ошибок лучше воспринимаются.

Мореплаватель — имя существительное, употребляется в мужском роде. К нему может быть несколько синонимов.
1. Моряк. Старый моряк смотрел вдаль, думая о предстоящем опасном путешествии;
2. Аргонавт. На аргонавте были старые потертые штаны, а его рубашка пропиталась запахом моря и соли;
3. Мореход. Опытный мореход знал, что на этом месте погибло уже много кораблей, ведь под водой скрывались острые скалы;
4. Морской волк. Старый морской волк был рад, ведь ему предстояло отчалить в долгое плавание.

1. Допишите предложение.
Приоритет в исследовании генетических процессов в популяции принадлежит выдающемуся русскому ученому С. С. Четвертикову.

2. Ответьте, в чем заключается эволюционная роль мутаций.
Мутационный процесс – источник резерва наследственной изменчивости популяций. Поддерживая высокую степень генетического разнообразия популяций, он создает основу для действия естественного отбора.

3. Наблюдения за природными популяциями показывают, что большинство организмов гетерозиготно по многим генам. Дайте объяснение этого феномена.
Большинство организмов гетерозиготно по многим генам, то есть в их клетках парные хромосомы несут разные формы одного и того же гена. Чаще всего такие организмы лучше приспособлены к среде, чем гомозиготные.

4. Объясните причину (причины) различий в генетической структуре популяций одного вида.
Генетические различия между популяциями существуют потому, что часто они обитают в отличающихся условиях обитания. Направленное изменение частоты генов обусловлено действием естественного отбора. Кроме того, даже если популяции расположены близко друг от друга, в популяциях происходят процессы, приводящие к ненаправленному, случайному изменению частоты генов, то есть генетической структуры.

5. Приведите определение генофонда популяции (вида).
Генофонд популяции - это совокупность всех генов популяции.

6. Напишите, что такое резерв наследственной изменчивости и каково его биологическое значение.
Резерв наследственной изменчивости – это мутационный процесс.
Его биологическое значение – мутации создают основу для генетического разнообразия популяций, что в дальнейшем может образовать новые виды. То есть мутации могут привести к видообразованию.

8. Выберите из нижеприведённых вариантов правильный ответ на вопрос и подчеркните его.
Какой (какие) из нижеперечисленных факторов является (являются) фактором-поставщиком (факторами-поставщиками) генетической неоднородности популяции?
Ответ: изоляция, мутационный процесс, естественный отбор, волны численности, миграция.

9. Закончите предложение.
Эволюционным фактором, усиливающим и закрепляющим генетические различия между популяциями, является изоляция.

10. Приведите определение микроэволюции.
Микроэволюция – это изменения популяций в ходе естественного отбора, ведущие к видообразованию.

Одной из главных движущих сил эволюций по Ч. Дарвину является наследственная изменчивость. Более-менее очевидно, что Ч. Дарвин изучал наследственную изменчивость, не обладая современными генетическими представлениями. Сегодня известно, что наследственная изменчивость – это результат полового процесса и мутационного процесса

Содержимое разработки

Тема: Эволюционная роль мутаций

Мутационный процесс – это один из главных источников наследственной изменчивости.

Гены мутируют с определенной частотой.

По современным представлениям, вероятность возникновения мутации в конкретной паре нуклеотидов составляет около 10 -8 . Поэтому, если человеческий геном состоит из около 3 миллиардов нуклеотидов, то каждый человеческий потомок несет около 30 мутаций, которых не было у его родителей.

Мутации широко распространены в популяциях. Не все мутации затрагивают гены – большая часть мутаций накапливается в некодирующих последовательностях.

По своим последствиям для организма, мутации можно условно разделить на вредные, полезные и нейтральные (см. Схему 2).

Полезные мутации чрезвычайно редки. Можно предположить, что организмы, гомозиготные по вредным мутациям, будут постоянно исключаться из популяции. Частота мутантной аллели будет падать, соответственно, будет падать и доля гетерозигот. Но, на самом деле, в популяциях этого не происходит, потому что гетерозиготные организмы, как правило, оказываются более приспособленными к условиям внешней среды.

Рассмотрим это явление на примере популяций бабочки Берёзовой пяденицы. Кажется, что светлоокрашенных бабочек, гомозиготных по рецессивной аллели, обитающих в лесу с темными стволами, должны полностью уничтожить враги. Единственной формой в данных условиях должны стать тёмноокрашенные бабочки, гомозиготные по доминантной аллели. Но на самом деле в закопченных лесах южной Англии постоянно встречаются белые бабочки. Почему? Рецессивные аллели в популяции сохраняются у гетерозиготных организмов (см. Рис .3).

Рис. 3. Две формы березовой пяденицы на темном стволе дерева: легко различимая белая сверху и темная едва заметная под ней

Таким образом, хотя большинство мутаций в генах оказываются вредными, они все-таки присутствуют в популяции. Стоит отметить, что мутации, оказавшиеся вредными в одном случае, могут быть полезными в другом.

Например, мутации насекомых, приводящие к рождению бескрылых особей, безусловно, вредны, и такие особи проигрывают своим крылатым соперникам. Но когда эти насекомые попадают на берег моря или горные перевалы, где дуют очень сильные ветры, то бескрылые особи получают преимущество перед крылатыми насекомыми.

Таким образом, мутационный процесс создает резерв для наследственной изменчивости; увеличивая генетическое разнообразие популяции, он создает основу для естественного отбора.

Скорость возникновения мутаций в целом постоянна для каждого таксона, но в разных царствах живых организмов она отличается. Максимальна эта скорость возникновения мутаций (мутагенеза) у микроорганизмов и вирусов.

Скорость мутаций иногда может скачкообразно возрастать. Обычно это происходит при попадании организма в неблагоприятные условия среды. В таком случае скорость мутации может ускоряться более чем на порядок.

Вредные мутации у диплоидных организмов обычно проявляются только в гомозиготном состоянии. В крупных популяциях такие мутации реже проявляются, чем в малочисленных группах особей. При близкородственном скрещивании (например, между братьями и сестрами) мутантные аллели чаще попадают в гомозиготное состояние и проявляются в фенотипе.

Тема:Эволюционная роль мутации

1.Что такое мутации?

2.Что такое естественный отбор?

3.Что такое приспособленность организмов?

1.Какова роль мутационной изменчивости в процесссе эволюции?

2.Перечислите известные виды отбора и дайте им краткую характеристику. Приведите примеры.

3.Охарактеризуйте приспособленноасть организмов. В результате каких процессов она образуется?Относительна ли прспособленность?

Изменение генома, которое наследуется потомками организма или клетки, называется мутацией. Впервые этот термин использовал ученый Гуго де Фриз в 1901 году. Хотя сейчас такое явление считается отклонением от нормальной структуры ДНК, в процессе эволюции оно играло важную роль, поскольку благодаря ему животные приспосабливались к новым условиям обитания.

Причины появления
Связь с процессами в ДНК
Модели мутагенеза
Принятая классификация
Последствия для организма
Роль в эволюции

Причины появления

Геномы животных и человека относительно стабильны, что сохраняет видовую структуру и возможность нормального развития. Для поддержания этого процесса в клетках работают репарационные системы, они исправляют нарушения в цепи ДНК. Но если бы изменения вообще не могли сохраняться, то живые организмы не приспособились бы к новым условиям обитания. Процесс эволюции остановился бы. Большое значение для создания должного уровня наследственной изменчивости имеют мутации.

формы константы;
возможность вторичного возникновения;
разделение на полезные и вредные;
зависимость от количества исследованных видов.

Основа мутации — это изменения ДНК или хромосомы, передающиеся по наследству. Изменчивость универсальна — она наблюдается у животных, людей, растений, бактерий, вирусов.

Существует два типа мутаций — индуцированные и спонтанные. В первом случае изменения возникают из-за наследственности, а у предков они появлялись из-за неблагоприятных условий окружающей среды или в результате экспериментов. Спонтанные зарождаются самопроизвольно в течение всей жизни даже при нормальных условиях обитания. Они встречаются с довольно маленькой частотой на нуклеотид за клеточную генерацию.

Связь с процессами в ДНК

Мутации возникают периодически из-за процессов, которые осуществляются в клетках живых организмов. Основные из них:

репликация;
рекомбинация;
репарация.

При репликации происходят спонтанные изменения нуклеотидов. К примеру, при дезаминировании цитониза в структуру ДНК напротив гуанина включается урацил, то есть вместо канонической пары Ц-Г образуется У-Г. В новую цепь добавляется аденин, появляется У-А, а после следующей репликации — Т-А. В этом случае наблюдается транзиция — так называют точечную замену одного пиримидина или пурина другим.

Если мутация связана с рекомбинацией, то она образована на основе неравного кроссинговера. Это происходит только в тех случаях, когда хромосома содержит сразу несколько дуплицированных генных копий, которые сохранили похожую нуклеотидную последовательность. В итоге в одной рекомбинантной хромосоме происходит делеция, а в другой — дупликация.

Если нарушения появились в генах, которые генерируют белки, то они приводят к увеличению или снижению числа других мутирующих частиц.

Модели мутагенеза

Ученые пытаются обосновать природу и особенности появления мутаций. Сегодня в исследованиях используется полимеразная модель, но есть и иные виды. Характеристика основной модели базируется на единственной причине образования отклонений — случайных ошибках ДНК-полимеразы. Биологи Уотсон и Крик предложили еще одну модель — таутомерную. Они считали мутацию обыкновенным физико-химическим явлением.

Полимеразную модель впервые выстроил Бреслер. Он предположил, что единственная причина мутаций — это ошибки ДНК-полимераз. В цепи они иногда встраивают напротив фотодимеров некомплементарные нуклеотиды. На основе этих утверждений было создано А-правило. Оно звучит так: ДНК-полимераза добавляет аденины напротив поврежденных участков.

Таутомерная модель основывается на работах других ученых. По мнению Крика и Уотсона, основания ДНК-структуры при неблагоприятных условиях переходят в неканонические виды, которые изменяют характер их спаривания. Кристаллы нуклеиновых кислот ученые облучали ультрафиолетом и выявили редкие таутомерные соединения цитозина. Этот опыт повторялся неоднократно, но все же аргументы и эксперименты Уотсона с Криком многие биологи ставили под сомнение.

Ученый Полтев вместе с другими авторами определил ещё одну модель мутагенеза. Он выявил молекулярный механизм, позволяющий распознать пары оснований нуклеиновых кислот с помощью полимеразы. В итоге выяснилось, что отклонения в ДНК вызваны дезаминированием 5-метилцитозином, а это приводит к транзиции от цитозина к тимину.

Принятая классификация

По разным параметрам выделяют определенные классификации мутаций. Ученый Меллер выделял их по особенностям изменения генов на аморфные, гипоморфные и антиморфные. При первых синтезируется меньше белка, вторые характеризуются полной потерей генной функции, а при третьих изменяется признак отклонения. Но современная классификация отличается. Мутации бывают разными:

геномными;
хромосомными;
генными.

Геномные делятся на полиплоидизацию, то есть образование клеток с двумя и более наборами хромосом, и анеуплоидию — изменение их количества. При хромосомных мутациях перестраиваются отдельные участки цепи. Тогда можно наблюдать потерю или удвоение генов, изменение сегментов в структурной таблице ДНК, перенос части генетического материала с одной клетки на другую. Иногда объединяются целые хромосомы.

На генном уровне изменения не так заметны, как при других видах мутации, но встречаются такие отклонения чаще. Обычно происходят делеции, вставки или замены нуклеотидов, дупликации и инверсии других частей цепи. Если изменяется только одна составляющая, то говорят о точечном виде. По характеру действия гена мутанта выделяют еще три вида отклонений:

физиологические;
морфологические;
биохимические.

Первый тип понижает жизнеспособность организма, приводит к серьезным болезням и даже к летальному исходу. Примерами можно назвать гемофилию у человека, дыхательные функции у дрожжей, хлорофилльные мутации у растений.

Морфологические отклонения заставляют изменяться органы, затормаживают рост. В результате получаются карликовые растения и коротконогие животные, люди с брахидактилией. Биохимические мутации нарушают синтез веществ из-за отсутствия необходимого фермента. Организмы, страдающие от этого вида, могут жить только в той среде, где есть подобное вещество.

Также разделяют мутации в биологии и медицине на соматические и генеративные. Первые не наследуются организмами, поэтому не имеют никакой ценности для эволюции. Вторые начинают появляться на этапе развития клеток половой системы. Чем раньше они разовьются, тем больше вероятность того, что отклонения передадутся потомству.

Практически все мутации являются рецессивными. Нарушения в ДНК считаются вредными, а подобный характер позволяет им сохраняться в гетерозиготном состоянии. Проявляются они только в случаях, когда благотворно влияют на организм.

Последствия для организма

Обычно мутации отрицательно сказываются на многоклеточном организме. Они приводят к отмиранию клеток — апоптозу. Если внутренние и внешние защитные механизмы не смогли обнаружить отклонение, то ген получат все потомки, что полностью изменит функционирование пораженных частей.

Мутации в соматических клетках часто приводят к образованию злокачественных опухолей. Так возникают фибромы, наросты на мягких тканях, онкология. Нарушения в половых структурах вызывают изменения у организмов-потомков.

Если условия проживания стабильны или изменяются практически незаметно, то у большинства существ генотип стремится к оптимальному уровню. Мутации в этом случае нарушают функции организма, снижают его иммунитет и способность приспосабливаться к новой окружающей среде. Но в редких случаях свойства отклонений оказываются полезными — они позволяют человеку или животному быстрее адаптироваться.

Роль в эволюции

Мутация считается хорошим фактором при эволюционном отборе. Если условия существенно изменились, то вредные ранее отклонения могут стать полезными. При изучении березовых пядениц в Англии XIX века ученые обнаружили меланистов — темноокрашенных бабочек. Такую расцветку они приобрели из-за мутации гена. Светлые крылья позволяют им прятаться на стволах деревьев, покрытых лишайниками.

Из-за развития промышленности и выбросов загрязнений в атмосферу березки покрылись копотью и стали темными. Мутировавшие бабочки легко прятались на их стволах от птиц, ведь в районах, над которыми держится смог, хищники активно выедали светлых пядениц.

Если мутация касается пассивных структур ДНК, то в фенотипе она не проявляется. Но ее можно обнаружить с помощью генного анализа. Так как отклонения обычно происходят по естественным причинам, то, согласно исследованиям, их частота должна быть почти постоянной.

Мутацией называют стойкие изменения в генотипе, которые происходят из-за влияния внешних и внутренних факторов. Родоначальником термина является Гуго де Фриз — голландский ботаник и генетик. Процесс, когда появляются мутации, именуется мутагенезом. В сегодняшней статье мы затронем тему мутирования и поговорим о том, какова роль мутации в процессе эволюции.

Причины явления

Процесс мутации характеризуется двумя качествами — спонтанностью и индуцированностью. Появление спонтанной мутации характеризуется самопроизвольностью и встречается на любой стадии развития организма. Что касается окружающей среды, то она должна быть естественной.

Индуцированный вид мутации является наследственным изменением генома, которое происходит вследствие воздействия различных мутагенов. Организмы помещаются либо в искусственно созданные (экспериментальные), либо в неблагоприятные окружающие условия.

Живые клетки воспринимают мутагенез как естественный для них процесс. К основным процессам, ответственным за мутацию, относят: репликацию и нарушенность восстановления ДНК, транскрипционный процесс и генетическую рекомбинацию.

Мутагенез и его модели

В объяснении и понимании природы и механизмов появления мутаций помогают специальные научные подходы. Полимеразные изменения основываются на теории о прямой и единственной зависимости мутаций с ошибками ДНК-полимера. В таутомерных моделях мутагенеза, предложенных двумя известными биологами, впервые была затронута мысль о том, что основной пласт мутаций заключается в возможности ДНК-оснований располагаться в разных таутомерных формах.

Ранняя классификация мутаций

Генетиком Меллером была создана классификация мутаций, основанная на видах изменения функционирования генов. Как результат появились следующий виды:

Аморфный. Во время мутирования ген теряет практически все свои функции. Примером мутации могут служить изменения у дрозофилы.
Гипоморфный. Изменившиеся аллели продолжают действовать по тому же сценарию, что и дикие. Синтезирование белкового продукта проводится в меньшем количестве.
Антиморфный. Изменение мутантного признака. Примерами мутации стали некоторые зерна кукурузы - окрашиваются в бурый цвет, а не в пурпурный.
Неоморфный.

Поздняя классификация мутаций

В современных научных справочниках есть упоминание о формальной классификации, которая отталкивается от изменений, проходящих в различных структурах. Исходя из этого разделения, выделяются следующие мутации:

Геномные.
Хромосомные.
Генные.

С геномными мутациями связаны изменения хромосом, общее количество которых не соотносится с галоидным набором.

Хромосомным мутациям приписывают перестройку отдельных хромосом в большом количестве. Генетический материал в таком случае теряет какую-то часть или, наоборот, удваивает ее.

Что касается генной мутации, то она лишь незначительно изменяет ДНК-структуру гена, в отличие от других видов, однако ее возникновение случается гораздо чаще.

Внутри генного вида выделяется еще один подвид, именуемый точечной мутацией. В ней одно азотистое основание заменяется на другое.

Эволюционная роль мутации

Бывает и такое, что вредность мутаций постепенно заменяется на полезность. Толчком для таких изменений становятся постоянно меняющиеся условия существования организмов. Так какую роль играют мутации?

Возьмем в пример естественный отбор — известный эволюционный процесс, во многом зависящий от изменчивости. Рассмотрим эволюционную роль мутации на примере мутантов-меланистов (особей с темной окраской), которые были обнаружены английскими учеными 14 века при изучении березовых пядениц. Помимо бабочек, окрашенных в типично светлые цвета, были найдены и другие особи, чей окрас был гораздо темнее. Причиной такого сильного отличия стал мутировавший ген.

Дело в том, что обычным местом обитания для таких бабочек являются деревья, на стволах которых обильно растет лишайник. Царившая в ранние годы промышленная революция вместе с сильным загрязнением атмосферных слоев привели к гибели лишайников. На когда-то светлых стволах появилась копоть, которая мешала естественной маскировке березовой пяденицы. Все это привело к тому, что особи, чьим место обитания были промышленные районы, изменили цвет своего морфа со светлого на темный. Такая эволюционная роль мутации помогла выжить многим бабочкам, в то время как их не очень удачные светлые сородичи стали жертвами нападений хищных птиц.

Подобные изменения происходят у самых разнообразных видов по всему миру. Появление таких полезных признаков, являющихся основой эволюционной роли мутации, приводит к тому, что естественный отбор дает начало новым подвидам и видам среди живых организмов. Мутирование происходит постоянно, потому что это естественная способность наших генов.

Еще больше информации о мутации вы найдете в учебниках по биологии и специальной научной литературе.

Читайте также: