Каковы причины и последствия комбинативной изменчивости кратко

Обновлено: 02.07.2024

Комбинативная изменчивость - это форма наследственной изменчивости, которая обусловлена возникновением различных сочетаний аллельных генов (рекомбинаций). Причиной возникновения являются комбинации генов при половом размножении и рекомбинации при кроссинговере. Изменения генотипа особей происходят при скрещивании в случае полового размножения.

Комбинативную изменчивость наблюдают и у организмов, которые размножаются неполовым или вегетативным способом (например, у бактерий есть трансдукция, конъюгация и трансформация). Изменения генофонда популяций совершаемые вследствие изменения частоты встречаемости аллелей и генотипов. По комбинативной изменчивости наследуются новые сочетания генов, а сами гены при этой изменчивости не изменяются.

Источниками комбинативной изменчивости являются:

1) рекомбинация генов благодаря кроссинговера;

2) независимое расхождение гомологичных хромосом при мейозе;

3) случайное слияние гамет при оплодотворении.

Значение комбинативной изменчивости:

- для организма может быть :

а) адаптивной, обеспечивает приспособление к условиям среды;

б) нейтральной, не влияет на приспособленность;

в) вредной, из-за возникновения неблагоприятных комбинаций генов;

- для эволюции - играет важную роль в создании новых форм, как в природе, так и в хозяйстве человека (как фактор, обусловливающий разнообразие наследственного материала для естественного и искусственного отбора).

Мутационная изменчивость и ее свойства

Мутационная изменчивость - это форма наследственной изменчивости, которая связана с изменениями генотипа вследствие мутаций. Причиной возникновения этой формы наследственной изменчивости является действие мутагенных факторов. Мутации – это изменения ДНК клетки (изменение строения или количества хромосом). Мутации передаются по наследству, служат материалом для естественного отбора.

У эукариот один ген мутирует в одной гамете из ста тысяч. В геноме человека около 40 тысяч генов, следовательно, две из пяти человеческих гамет содержат новую, только что возникшую мутацию (а кроме того, множество рецессивных мутаций, возникших у предков).

Причины мутаций:

· химические (воздействие мутагенов, например, спирта)

· биологические (вирусы и мобильные генетические элементы могут встраивать свою ДНК в хромосомы клетки)

Изменения генотипа особей происходят на уровне генов, хромосом и количества хромосом. Изменения генофонда популяций осуществляются обычно, при изменениях генотипов особей, а при длительном действии определенных факторов среды может произойти существенное и необратимое изменение генофонда на длительный промежуток времени, то есть элементарное эволюционное явление. Мутационные изменения наследуются, поскольку происходит перестройка генетического аппарата особей.

Общими свойствами мутационной изменчивости являются:

1) универсальность (известны у всех классов животных, растений, грибов, бактерий и вирусов)

2) ненаправленность (один и тот же мутагенный фактор может вызывать различные мутации)

3) неопределенность (в неродственных организмах могут возникать подобные мутации и наоборот);

4) индивидуальность (определенный мутаген может вызывать появление различных мутаций и организмов);

5) независимость (степень выраженности мутаций в фенотипе не зависит от интенсивности и продолжительности действия мутагенного фактора);

6) постоянство (мутации не исчезают в течение жизни особи);

7) на ранних этапах онтогенеза организмов их чувствительность к мутагенным факторам выше, чем у взрослых;

8) не имеют приспособительного характера (могут быть вредными, нейтральными, полезными).

Значение мутационной изменчивости:

- для организма может быть: а) адаптивной, обеспечивает приспособление к условиям среды б) нейтральной, не влияет на приспособленность, но при определенных изменениях среды обитания могут оказаться полезными для организмов; в) вредной (большинство мутаций), так как снижают приспособленность к условиям среды;

- для эволюции - является элементарным фактором эволюции, основным источником наследственной изменчивости, повышает генетическое разнообразие внутри популяции вида благодаря возникновению новых генов или аллелей.

Содержание лекции:

1. Комбинативная изменчивость и ее источники.

Источниками комбинативной изменчивости являются:

1) рекомбинация генов благодаря кроссинговера;

2) независимое расхождение гомологичных хромосом при мейозе;

3) случайное слияние гамет при оплодотворении.

Значение комбинативной изменчивости:

- для организма может быть :

а) адаптивной, обеспечивает приспособление к условиям среды;

б) нейтральной, не влияет на приспособленность;

в) вредной, из-за возникновения неблагоприятных комбинаций генов;

Мутационная изменчивость и ее свойства

Причины мутаций:

· химические (воздействие мутагенов, например, спирта)

· биологические (вирусы и мобильные генетические элементы могут встраивать свою ДНК в хромосомы клетки)

Общими свойствами мутационной изменчивости являются:

1) универсальность (известны у всех классов животных, растений, грибов, бактерий и вирусов)

2) ненаправленность (один и тот же мутагенный фактор может вызывать различные мутации)

3) неопределенность (в неродственных организмах могут возникать подобные мутации и наоборот);

4) индивидуальность (определенный мутаген может вызывать появление различных мутаций и организмов);

6) постоянство (мутации не исчезают в течение жизни особи);

7) на ранних этапах онтогенеза организмов их чувствительность к мутагенным факторам выше, чем у взрослых;

8) не имеют приспособительного характера (могут быть вредными, нейтральными, полезными).

Значение мутационной изменчивости:

Характеристика источников комбинативной изменчивости

Описание источников комбинативной изменчивости

Комбинативная изменчивость является формой наследственной изменчивости, существование которой связано с появлением разнообразных сочетаний аллельных генов (или рекомбинаций).

Ученые называют в числе причин комбинативной изменчивости новые сочетания генов, возникающих при половом размножении организмов, а также формирование новых рекомбинаций генов в ходе кроссинговера.

У растений и животных формирование изменений генотипа особей происходит при различных типах полового размножения.

Также комбинативную изменчивость можно обнаружить у организмов, для которых характерен вегетативный способ размножения. К примеру, бактериям свойственны:

трансдукция;
конъюгация или сближение наследственного материала;
трансформация или изменение.

В результате комбинативной изменчивости возникают изменения генофонда популяции — они совершаются под влиянием изменений частоты встречаемости разных аллелей и генотипов. Благодаря комбинативной изменчивости наследуются новые генетические сочетания, при этом сущность генов остается неизменной.

Источниками комбинативной изменчивости являются:

рекомбинация генов в ходе кроссинговера;
независимое расхождение гомологичных хромосом (бивалентов) при кроссинговере;
случайное сочетание гамет в процессе оплодотворения.

Для организма комбинативная изменчивость играет большую роль. Она может быть адаптивной, что способствует приспосабливанию организма к меняющимся условиям окружающей среды.

Также комбинативную изменчивость отличает и нейтральный характер, за счет чего работоспособность организма не подвергается влиянию.

Но бывают и случаи, когда комбинативная изменчивость носит отрицательный характер — в случае возникновения неблагоприятных генетических сочетаний.

Можно смело утверждать, что комбинативная изменчивость — один из источников эволюционных изменений, в результате которых появляются новые формы жизни и в природе, и в хозяйстве.

Это фактор, обуславливающий разнообразие наследственного материала в рамках естественного и искусственного отборов. Поэтому эта наследственность косвенно влияет на образование новых видов.

Механизмы комбинативной изменчивости

Кроссинговер представляет собой процесс обмена участками, которой свойственен гомологичным хромосомам.

Механизмы комбинативной изменчивости нуждаются в более подробном рассмотрении. Так, кроссинговер осуществляется в профазу мейоза I, а независимое расхождение гомологичных хромосом — в анафазу мейоза I.

В анафазе мейоза II происходит независимое расхождение хроматид. В ходе полового размножения возникает случайное сочетание гамет в процессе оплодотворения. К слову, подбор родительских пар — процесс случайный, поэтому и он может по праву считаться одним из механизмов комбинативной изменчивости.

Благодаря комбинативной изменчивости создается большое многообразие генотипов в потомстве, а эволюционный процесс становится разнообразнее, так как количество материала для него увеличивается.

Важно, что жизнеспособность особей не снижается, а приспособленность к меняющимся условиям среды — повышается. Выживание организмов, популяции, вида не подвергается угрозам. Из этого следует, что комбинативная изменчивость имеет большое адаптивное значение.

Также за счет нее обеспечивается генотипическое и фенотипическое разнообразие организмов внутри отдельных популяций. Обеспечивается сохранение генотипа особей, а параллельно возникают новые генетические комбинации.

По этой причине генотип каждой особи является уникальным.

Не меняется и частота встречаемости аллелей. А благодаря многообразию фенотипических групп потомков первого и последующих поколений создается материал для действия естественного отбора.

Норма реакции обуславливает комбинативную изменчивость, которая не выходит за пределы этого параметра. При этом норма реакции признака бывает узкой или широкой. Для качественных признаков свойственна узкая норма реакции, а для количественных признаков больше характерна широкая норма реакции.

Кроме того, с помощью комбинативной изменчивости отслеживают процесс наследования признаков у близкородственных видов, к примеру, членов одной семьи.

Комбинативная изменчивость — что это такое в биологии

Изменчивость разного типа является результатом эволюции индивида. В экологии это имеет существенное значение. Изучение наследственных изменений позволяет увеличивать выносливость к воздействию окружающей среды.

Комбинативная изменчивость — это изменения на генетическом уровне, основанные на появлении признаков, не присущих родительским особям. Благодаря комбинативной изменчивости, все живые особи не похожи друг на друга.

Этот процесс обусловлен хромосомным расхождением во время мейоза, а также перераспределением ДНК, РНК через молекулярный разрыв или соединение. Кроме того, хаотичное столкновение хромосом во время овуляции также становится причиной комбинативной изменчивости.

Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут.

Какое эволюционное значение имеет, чем определяется

Благодаря данному процессу, селекционеры могут путем скрещивания улучшать популяцию или выводить новые усовершенствованные виды каких-либо живых существ, будь то животноводство или земледелие. При создании гибрида недостатки одного родителя заменяются достоинствами другого, что позволяет вывести более приспособленную разновидность.

Механизмы комбинативной изменчивости

Процесс комбинативной изменчивости многосторонний, осуществляющийся тремя механизмами одновременно:

Рекомбинация генов при кроссинговере.
Хромосомное и хроматидное расхождение при мейозе.
Появление новых гамет при оплодотворении.

Упомянутые механизмы запускаются одновременно и независимо друг от друга. Сформированный генный набор, передаваясь потомкам, подвергается со временем разрушению. При отсутствии более сильных и выносливых генов потомки могут уступать по выносливости своим предкам.

Для восстановления былой выносливости популяции селекционеры часто скрещивают родственные сорта. За образец берется сорт, способный выживать в самых суровых для него условиях.

Какой процесс лежит в основе, причины возникновения

Комбинативная изменчивость, как и фенотипическая, направлена на создание разнообразных особей, способных подстраиваться под любую среду обитания. Это не всем оказывается по силам. На этих принципах строится естественный отбор в природе. В отдельных случаях в изменениях на генном уровне происходит сбой. И они идут организму во вред.

Виды комбинативной изменчивости

В связи с этим выделяют два вида генетической изменчивости: комбинативная и мутационная. Первая разновидность позволяет вывести усовершенствованный вид. А вторая, в зависимости от влияния на организм, делится в свою очередь на самостоятельные подгруппы:

полезные;
вредные;
нейтральные.

Полезными мутациями обусловлена приобретенная устойчивость организма. Вредные имеют разрушающее начало на организм, а нейтральные проявляются только внешне. Это может быть окрас шерсти, разрез глаз и прочее. На жизнедеятельности живого существа они не сказываются. Разными также могут быть и причины мутаций. Это радиационное и токсичное воздействие окружающей среды, или имеющиеся в организме во время оплодотворения вирусы.

Таблица комбинативной изменчивости, признаки и характеристика

Форма любого размножения в природе имеет свою сущность. Этот фактор не поддается подробному описанию, но общая схема взаимодействия представлена ниже.

Примеры комбинативной изменчивости у человека

Человек, будучи живым организмом, также подвергается определенной изменчивости. Организм любого человека имеет 23 хромосомы. При оплодотворении яйцеклетки невозможно предугадать, чьих хромосом будет задействовано больше в формировании нового организма: отца или матери. Этим обусловлен факт, что одни похожи на мать, а другие на отца.

Если сравнивать коренного южанина с северянином, то устойчивость к определенным климатическим условиям будет сформирована и в одном случае, и в другом уже на генном уровне. Примером мутаций в данном случае можно назвать синдром Дауна и другие недуги, передающиеся периодически на генном уровне.

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.

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.

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.

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

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).

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 в 1875 году в Шотландии был получен первый искусственный стерильный гибрид - тритикале. Тритикале дает отличный урожай, в дальнейшем путем полиплоидии стерильность данного гибрида была преодолена.

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.

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.

Читайте также: