Каковы причины наследственной изменчивости кратко

Обновлено: 06.07.2024

Приведите примеры признаков, изменяющихся под воздействием внешней среды.

Что такое мутации?

Изменчивость – одно из важнейших свойств живого, способность живых организмов приобретать отличия от особей как других видов, так и своего вида.

Различают два вида изменчивости: ненаследственная (фенотипическая, или модификационная) и наследственная (генотипическая).

Ненаследственная (модификационная) изменчивость. Этот вид изменчивости представляет собой процесс появления новых признаков под влиянием факторов внешней среды, не затрагивающих генотип. Следовательно, возникающие при этом видоизменения признаков – модификации – по наследству не передаются (рис. 93). Два однояйцевых (монозиготных) близнеца, имеющие абсолютно одинаковые генотипы, но волею судьбы выросшие в разных условиях, могут сильно отличаться друг от друга. Классическим примером, доказывающим воздействие внешней среды на развитие признаков, является стрелолист. У этого растения развивается три вида листьев в зависимости от условий произрастания – на воздухе, в толще воды или на её поверхности.

Рис. 93. Листья дуба, выросшие при яркой освещённости (А) и в затенённом месте (Б)

Рис. 94. Изменение окраски шерсти гималайского кролика под влиянием различных температур

Под влиянием температуры окружающей среды изменяется окраска шерсти у гималайского кролика. Эмбрион, развиваясь в утробе матери, находится в условиях повышенной температуры, которая разрушает фермент, необходимый для синтеза пигмента, поэтому кролики рождаются совершенно белыми. Вскоре после рождения отдельные выступающие части тела (нос, кончики ушей и хвоста) начинают темнеть, потому что там температура ниже, чем в других местах, и фермент не разрушается. Если выщипать участок белой шерсти и охладить кожу, на этом месте вырастет чёрная шерсть (рис. 94).

В сходных условиях среды у генетически близких организмов модификационная изменчивость имеет групповой характер, например в летний период у большинства людей под влиянием УФ-лучей в коже откладывается защитный пигмент – меланин, люди загорают.

У одного и того же вида организмов под воздействием условий внешней среды изменчивость различных признаков может быть абсолютно разной. Например, у крупного рогатого скота удой молока, масса, плодовитость очень сильно зависят от условий кормления и содержания, а, например, жирность молока под влиянием внешних условий изменяется очень мало. Проявления модификационной изменчивости для каждого признака ограничены своей нормой реакции. Норма реакции – это пределы, в которых возможно изменение признака у данного генотипа. В отличие от самой модификационной изменчивости, норма реакции наследуется, и её границы различны для разных признаков и у отдельных индивидов. Наиболее узкая норма реакции характерна для признаков, обеспечивающих жизненно важные качества организма.

Благодаря тому что большинство модификаций имеют приспособительное значение, они способствуют адаптации – приспособлению организма в пределах нормы реакции к существованию в изменяющихся условиях.

Наследственная (генотипическая) изменчивость. Этот вид изменчивости связан с изменениями генотипа, и признаки, приобретённые вследствие этого, передаются по наследству следующим поколениям. Существует две формы генотипической изменчивости: комбинативная и мутационная.

Комбинативная изменчивость заключается в появлении новых признаков в результате образования иных комбинаций генов родителей в генотипах потомков. В основе этого вида изменчивости лежит независимое расхождение гомологичных хромосом в первом мейотическом делении, случайная встреча гамет у одной и той же родительской пары при оплодотворении и случайный подбор родительских пар. Также приводит к перекомбинации генетического материала и повышает изменчивость обмен участками гомологичных хромосом, происходящий в первой профазе мейоза. Таким образом, в процессе комбинативной изменчивости структура генов и хромосом не изменяется, однако новые сочетания аллелей приводят к образованию новых генотипов и, как следствие, к появлению потомков с новыми фенотипами.

По месту возникновения различают соматические и генеративные мутации. Соматические мутации возникают в клетках тела и не передаются при половом размножении следующим поколениям. Примерами таких мутаций являются пигментные пятна и бородавки кожи. Генеративные мутации появляются в половых клетках и передаются по наследству.

Рис. 95. Овца анконской породы

По уровню изменения генетического материала различают генные, хромосомные и геномные мутации. Генные мутации вызывают изменения в отдельных генах, нарушая порядок нуклеотидов в цепи ДНК, что приводит к синтезу изменённого белка.

Хромосомные мутации затрагивают значительный участок хромосомы, нарушая функционирование сразу многих генов. Отдельный фрагмент хромосомы может удвоиться или потеряться, что вызывает серьёзные нарушения в работе организма, вплоть до гибели эмбриона на ранних стадиях развития.

Геномные мутации приводят к изменению числа хромосом в результате нарушений расхождения хромосом в делениях мейоза. Отсутствие хромосомы или наличие лишней приводит к неблагоприятным последствиям. Наиболее известным примером геномной мутации является синдром Дауна, нарушение развития, которое возникает при появлении лишней 21-й хромосомы. У таких людей общее число хромосом равно 47.

У простейших и у растений часто наблюдается увеличение числа хромосом, кратное гаплоидному набору. Такое изменение хромосомного набора носит название полиплоидия (рис. 96). Возникновение полиплоидов связано, в частности, с нерасхождением гомологичных хромосом в мейозе, в результате чего у диплоидных организмов могут образовываться не гаплоидные, а диплоидные гаметы.

Мутагенные факторы. Способность мутировать – это одно из свойств генов, поэтому мутации могут возникать у всех организмов. Одни мутации несовместимы с жизнью, и получивший их эмбрион гибнет ещё в утробе матери, другие вызывают стойкие изменения признаков, в разной степени значимые для жизнедеятельности особи. В обычных условиях частота мутирования отдельного гена чрезвычайно мала (10 –5 ), но существуют факторы среды, значительно увеличивающие эту величину, вызывая необратимые нарушения в структуре генов и хромосом. Факторы, воздействие которых на живые организмы приводит к увеличению частоты мутаций, называют мутагенными факторами или мутагенами.

Рис. 96. Полиплоидия. Цветки хризантемы: А – диплоидная форма (2n); Б – полиплоидная форма

Все мутагенные факторы можно разделить на три группы.

Физическими мутагенами являются все виды ионизирующих излучений (?-лучи, рентгеновские лучи), ультрафиолетовое излучение, высокая и низкая температуры.

Химические мутагены – это аналоги нуклеиновых кислот, перекиси, соли тяжёлых металлов (свинца, ртути), азотистая кислота и некоторые другие вещества. Многие из этих соединений вызывают нарушения в редупликации ДНК. Мутагенное действие оказывают вещества, используемые в сельском хозяйстве для борьбы с вредителями и сорняками (пестициды и гербициды), отходы промышленных предприятий, отдельные пищевые красители и консерванты, некоторые лекарственные препараты, компоненты табачного дыма.

В России и в других странах мира созданы специальные лаборатории и институты, проверяющие на мутагенность все новые синтезированные химические соединения.

К группе биологических мутагенов относят чужеродную ДНК и вирусы, которые, встраиваясь в ДНК хозяина, нарушают работу генов.

Вопросы для повторения и задания

1. Какие виды изменчивости вам известны?

2. Что такое норма реакции?

3. Объясните, почему фенотипическая изменчивость не передаётся по наследству.

4. Что такое мутации? Охарактеризуйте основные свойства мутаций.

5. Приведите классификацию мутаций по уровню изменений наследственного материала.

6. Назовите основные группы мутагенных факторов. Приведите примеры мутагенов, относящихся к каждой группе. Оцените, есть ли в окружающей вас среде мутагенные факторы. К какой группе мутагенов они относятся?

Подумайте! Выполните!

1. Как вы считаете, могут ли факторы внешней среды повлиять на развитие организма, несущего летальную мутацию?

2. Может ли комбинативная изменчивость проявиться в отсутствие полового процесса?

3. Обсудите в классе, какие существуют способы снижения действия мутагенных факторов на человека в современном мире.

4. Можете ли вы привести примеры модификаций, которые не имеют адаптивного характера?

5. Объясните человеку, незнакомому с биологией, чем мутации отличаются от модификаций.

Работа с компьютером

Обратитесь к электронному приложению. Изучите материал и выполните задания.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Продолжение на ЛитРес

Географическое распространение и изменчивость

Географическое распространение и изменчивость Большинству известно, что колибри водятся только в Америке; менее известно, что они – почти исключительно тропические птицы и что те немногие виды, которые попадаются в умеренных (северных и южных) широтах материка,

Наследственная информация — почтовым переводом

Наследственная информация — почтовым переводом Коль скоро у многоклеточных животных спермин унаследовали от одноклеточных известную долю индивидуальности и суверенности, а именно способность активно передвигаться и разыскивать яйцеклетку, они могут в принципе

2. Изменчивость у бактерий

2. Изменчивость у бактерий Различают два вида изменчивости – фенотипическую и генотипическую.Фенотипическая изменчивость – модификации – не затрагивает генотип. Модификации затрагивают большинство особей в популяции. Они не передаются по наследству и с течением

Изменчивость.

Изменчивость. Прежде чем применить выработанные в предыдущей главе общие основания к органическим существам в природе, мы должны вкратце обсудить, подвержены ли последние какой-либо вариации. Для надлежащего изложения этой темы потребовалось бы привести длинный

Рояль в кустах, или Скрытая изменчивость

Рояль в кустах, или Скрытая изменчивость Одно из фундаментальных свойств живых существ — помехоустойчивость. Многие случайные помехи (как внутренние — мутации, так и внешние — колебания условий среды) тем или иным способом компенсируются и не приводят к изменению

Глава 5. Изменчивость

Глава 5. Изменчивость Храбреца не разыгрывай перед судьбой, Каждый миг она может покончить с тобой. Твой доверчивый рот, услаждая халвою, Что ей стоит подсыпать отравы любой? Омар Хайям (1048–1123), персидский философ и поэт Всем живым организмам свойственна изменчивость,

Изменчивость

Изменчивость Всем живым организмам свойственна изменчивость, под которой понимают свойство приобретать новые признаки. В природе встречаются различные виды изменчивости.Модификационная изменчивость – это изменения фенотипа под действием факторов внешней среды в

Генетическая изменчивость мужских особей

Тема 5. Изменчивость

Тема 5. Изменчивость Победа какого-нибудь научного взгляда и включение его в мировоззрение не доказывает еще его истинности… Истина нередко в большем объеме открыта научным еретикам, чем ортодоксальным представителям научной мысли. В. И. Вернадский (1863–1945), русский

6. Наследственность и ее изменчивость

6. Наследственность и ее изменчивость Наследственность — это одно из важнейших свойств организмов, которое не присуще телам неживой природы.Под наследственностью часто понимают способность передачи родителями своих свойств потомству.Но это очень узкое и ограниченное

Изменчивость – это умение организмов получать свойства и признаки, отличные от характерных для данного вида. Процесс является основой для эволюции и выживания живых существ. Изменчивость, которая происходит на уровне генотипа, то есть сохраняется в половых клетках и передается следующим поколениям, называется наследственной.

Наследственная (неопределенная, генотипическая, индивидуальная) изменчивость помогает особи приобретать ранее не свойственные ее виду признаки. Существует два основных типа наследственной изменчивости, комбинативная и мутационная.

Основные причины

Наследственная изменчивость проявляется на уровне генотипа, поэтому не может быть управляемой и не имеет закономерности. Она является результатом либо перекомбинации генов родителей среди их потомства, либо продуктом мутаций, которые вносят изменения в генетический материал. Основные причины наследственной изменчивости включают в себя:

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

Независимое расхождение хромосом в процессе мейоза.
Независимая встреча гамет при оплодотворении.
Рекомбинация генов.
Внезапные изменения в генетическом материале ядра.
Изменение структуры хромосом или их количества.

Виды изменчивости

Изменчивость может быть генотипической и фенотипической. Генотипическая форма является случайной и передается по наследству, изменения могут происходить в ходе комбинирования генов родителей или в результате мутации.

Фенотипическая (ненаследственная) изменчивость формируется под влиянием окружающей среды, образа жизни и других факторов, не связанных с изменением генотипа. В качестве примеров ненаследственной изменчивости можно привести появление лишнего веса у животных с малоподвижным образом жизни, изменение пигментации кожи у человека под воздействием солнечных лучей, деформацию растений при наличии преград на пути их роста.

Комбинативная изменчивость

Один из ключевых аспектов эволюции определенного вида и способность к выживанию. Она постоянна и встречается повсюду. Благодаря этому типу изменчивости существует такое явление, как уникальность каждой особи внутри вида. Комбинативная изменчивость возможна благодаря таким явлениям, как:

независимое расхождение хромосом в ходе деления клеток в мейозе;
слияние гамет случайным образом в процессе прямого оплодотворения;
обмен генетическим материалом в процессе скрещивания.

Основа комбинативной изменчивости – половой процесс, в ходе него появляются разнообразные генотипы. В организме существуют тысячи, десятки тысяч, генов, а во время оплодотворения скрещиваются гены обоих родителей. В результате появляется уникальная комбинация генов.

Источниками комбинативной изменчивости являются рекомбинация хромосом в процессе мейоза, случайное сочетание гамет во время оплодотворения, или кроссинговер (обмен участками гомологичных хромосом при конъюгации во время мейоза). Эти источники приводят к перемешиванию генов, а не к изменению самих генов. В результате появляются организмы с новым генотипом. Новый состав генетического материала легко распадается при переходе в следующее поколение, поэтому обычно в результате комбинативной изменчивости не возникают новые виды. Однако эта изменчивость служит причиной потомственного разнообразия, которое присуще живым организмам.

Таким образом, комбинативная изменчивость имеет основополагающее значение в создании уникального генетического набора каждой особи.

Мутационная изменчивость

Важная и неотъемлемая составляющая наследственного процесса. Может проявляться в виде уникальных полезных особенностей организма, может быть нейтральна и незаметна, может быть вредна и опасна. Для начала разберемся, что такое мутация.

Мутация – это внезапное и устойчивое изменение в генетическом материале, которое сохраняется в ряде поколений. Благодаря мутациям возможна эволюция. Мутации могут возникнуть на любом этапе развития организма, чем раньше они появляются – тем сильнее их влияние.

Мутационная изменчивость — возникновение изменений в молекулах ДНК. Мутации могут проявляться как в отдельных молекулах ДНК, так и в их количестве в организме.

Разновидности мутаций, характеристики

Существует классификация мутаций по месту их происхождения:

Хромосомные – трансформация строения хромосом из-за нарушений при кроссинговере: перенос или выпадение участка, поворот или удвоение. Самым распространенным заболеванием этой группы считается Синдром Дауна.
Геномные – изменение количества хромосом из-за нарушений при расхождении. Встречается анеуплоидия, изменение на несколько хромосом, и полиплоидия, кратное изменение количества хромосом (может быть только у растений). Мутации этого типа почти всегда приводят к смерти организма.
Генные – изменение последовательности нуклеотидов в одном гене из-за нарушений на этапе удвоения ДНК. Может происходить замена, вставка, выпадение нуклеотида. Затрагиваемый ген может быть как доминантным, так и рецессивным.
Цитоплазматические – изменения митохондрий и пластид в ДНК. Митохондрии и пластиды из сперматозоидов не попадают в зиготу, поэтому данный тип мутации передается только по женской линии.
Соматические – мутации в клетках тела, не передаются по наследству при половом размножении.

Также мутации разделяют по типу влияния на приспособленность организма – нейтральные, вредные, полезные.

Если мутация не действует на жизнеспособность организма (группа крови, цвет глаз), то она считается нейтральной. По нейтральным мутациям можно отследить, насколько долго эволюционировал вид. Даже если вид очень хорошо приспособлен к своему окружению, он все равно будет продолжать трансформироваться через нейтральную мутацию. Это показывает также, что организм никогда не бывает идеально адаптирован к среде обитания. Важно понимать, что при изменении условий нейтральные мутации могут стать негативными или положительными.

Понятие полезности и вредности мутаций относительно, поскольку зависит от условий среды. К полезным мутациям относят те изменения, которые помогают организму выжить. У людей это может быть иммунитет к разнообразным заболеваниям, более прочные кости, четырехроматическое зрение, терпимость к холоду, отсутствие ощущения боли (которое в определенных условиях может иметь и негативный характер).

Что меняется в процессе наследственной изменчивости, примеры

Все эти формы изменений наследственности являются основой эволюционного развития. Проявление наследственных свойств связано с ответственными за них генами, их взаимодействием с генотипом и с влиянием окружающей среды.

Примеры наследственной изменчивости зачастую встречаются в повседневной жизни. Самым элементарным примером можно назвать то, что ребенок может быть похож чертами на обоих родителей. Это относится к комбинативной изменчивости. Потомство никогда не сможет быть точной копией своих родителей. К мутационной изменчивости относится, например, синдром Дауна.

В животном мире в качестве примеров наследственной изменчивости можно назвать существование животных-альбиносов, появление потомства с разным окрасом от одних и тех же родителей, одомашнивание пород. У растений наследственная изменчивость проявляется в формировании новых окрасов, в выработке ядов или сильных запахов для отпугивания хищников.

Изменчивость является главным и очень важным качеством живых организмов видоизменяться в ходе филогенеза. Без такой особенности, позволяющей сохранить уникальность генетического материала и адаптироваться к особенностям конкретной среды, организмы любого вида были бы обречены на гибель.

Одно из важнейших свойств живых организмов — способность изменять признаки в зависимости от условий окружающей среды.

Благодаря изменчивости популяции становятся генетически разнородными, и у вида появляется больше шансов приспособиться к изменению внешних условий.

ненаследственная (фенотипическая);
наследственная (генотипическая).

Ненаследственная (фенотипическая) изменчивость — это способность живого организма (фенотипа) подстраиваться под факторы внешней среды в пределах своего генотипа.

Фенотипическая изменчивость способствует приспособлению организмов к изменению условий внешней среды. Так, у домашних животных при улучшении условий содержания увеличивается продуктивность: надои и жирность молока, яйценоскость и др. Зайцы меняют окрас шерсти зимой и летом, а растения одуванчика, выросшие на бедной и плодородной почве, различаются размерами, числом листьев и соцветий.

Примеры фенотипической изменчивости можно наблюдать в повседневной жизни: кожа человека под воздействием ультрафиолетовых лучей становится тёмной; в результате физических нагрузок развиваются мышцы.

Благодаря генотипической изменчивости особь может приобретать признаки, ранее не свойственные её виду. По Дарвину, генотипическая изменчивость является основным двигателем эволюции.

Примером мутационной наследственности может служить появление животных-альбиносов, растений с изменённой формой листьев или необычной окраской лепестков. Так, иногда встречаются растения одуванчика с белой или оранжевой окраской цветков в соцветии.

У человека мутационной изменчивостью обусловлены альбинизм, фенилкетонурия, полидактилия (шестипалость), синдром Дауна и т. д.

Комбинативная изменчивость — возникновение у особей различий, обусловленных новым сочетанием родительских генов.

Возникает при половом размножении. При этом признаки родительских особей случайным образом комбинируются в ряду поколений, повышая разнообразие организмов в популяции.

В результате действия разных форм изменчивости каждая природная популяция характеризуется высокой степень генетической разнородности и благодаря этому способна приспосабливаться к постоянно изменяющейся среде обитания.

Изменчивость — общее свойство всех организмов. Изменчивость, которая появляется в связи с изменением генетического материала, называется наследственной, или генотипической. Причиной наследственной изменчивости обычно служат новые комбинации аллелей, образующиеся в процессе мейоза, при оплодотворении или мутации. Поэтому наследственную (генотипическую) изменчивость подразделяют на два вида: комбинативную и мутационную. В обоих случаях происходят изменения в генотипе, что может приводить к появлению новых наследуемых признаков.

2. Поясните роль генотипической изменчивости в живой природе.

Генотипическая изменчивость присуща всем живым организмам. Она является основным источником генетического разнообразия особей внутри вида, чем обусловливает эволюцию видов в природе и отбор лучших форм в селекции.

3. В каждой строчке три термина определенным образом взаимосвязаны. Дайте их общую характеристику и определите четвертый термин, не имеющий к ним отношения.

а) Ген, изменчивость, генотип, наследственность. (Наследственность - это способность организмов передавать свои признаки по наследству. Наследственная информация храниться в генах, совокупность которых представляет собой генотип. Таким образом лишнее слово – изменчивость).

б) Фенотип, признак, ген, мутация. (Фенотип – это совокупность внешних и внутренних признаков организма, которые определяются генами. Таким образом, лишний термин – мутация.)

в) Комбинативная изменчивость, мутаген, мутация, генотипическая изменчивость. (Мутация – это изменение в генотипе организма, вызванное воздействием мутагена. Лишний термин – комбинативная изменчивость, так как она представляет собой результат новых комбинаций аллелей, которые зависят от поведения хромосом в мейозе и при оплодотворении, а не от воздействия мутагенов.)

2. Поясните роль генотипической изменчивости в живой природе.

Читайте также: