Роль условий внешней среды в развитии и проявлении признаков и свойств реферат
Обновлено: 20.05.2024
Роль генотипа и условий среды в формировании признаков. Вам известно, что признаки определяются генами, т. е. фенотип организма зависит от генотипа. Однако особи, имеющие одинаковый генотип (например, дочерние растения, развившиеся из материнского путем вегетативного размножения), но выросшие в разных условиях, могут существенно отличаться друг от друга.
Если высадить клубни, полученные от одного растения картофеля, то среди выросших дочерних особей мы не сможем найти двух совершенно одинаковых. Несмотря на идентичный генотип, они будут различаться по высоте стеблей, кустистости, степени развития корневой системы, количеству и размерам листьев, клубней и ряду других признаков (рис. 36.1). Очевидно, что различия между этими растениями обусловлены не разным набором генов, а действием факторов окружающей среды. Разные клубни не могли развиваться в абсолютно одинаковых условиях. Особенности механического и химического состава почвы, ее влажность, глубина заделки, наличие вредителей, конкуренция с другими растениями — эти и многие другие факторы влияли на развитие фенотипа особей.
Еще одним примером воздействия условий среды на формирование признаков организмов может служить индивидуальное развитие монозиготных (однояйцевых) близнецов. Они идентичны по генотипу, поскольку развились из одной зиготы, давшей на этапе дробления начало двум или более зародышам. В раннем возрасте такие близнецы похожи друг на друга как две капли воды, порой даже родителям сложно различить их (рис. 36.2). Однако с возрастом между монозиготными близнецами возникают отличия. Они могут, например, иметь различный рост, массу тела и густоту волос, разную степень развития скелетной мускулатуры и т. д. Появление этих отличий связано прежде всего с влиянием условий жизни: особенностей питания, занятий спортом, характера трудовой деятельности и др.
Таким образом, на формирование признаков организма влияют не только гены, но и различные внешние факторы. Иными словами, фенотип каждой особи — это результат проявления ее генотипа в определенных условиях окружающей среды.
Фенотип каждого организма формируется под влиянием генотипа и условий среды. Генотип определяет норму реакции организма — границы изменчивости выражения признака под влиянием изменяющихся условий окружающей среды. Те различия, которые зависят только от условий среды, называются модификациями. Роль генотипа и определенных факторов среды в образовании разных признаков организма может быть очень различной. Есть такие признаки, которые в основном обусловлены генотипом. К ним относятся качественные признаки, такие как группы крови, форма ушей у свиней, окраска тела и др. В то же время на формирование целого ряда признаков, особенно хозяйственно полезных (удой, содержание жира и белка в молоке, живая масса и др.), во многом влияют условия внешней среды.
Иногда под воздействием определенных факторов могут изменяться и устойчивые признаки. Так, у кроликов, гомозиготных по рецессивному гену горностаевой окраски, имеющих белую окраску туловища и черные уши, хвост, конец морды и концы лапок, рисунок окраски можно изменить под влиянием температуры. Н. А. Ильин выбривал у горностаевых кроликов участки белых и черных волос и создавал условия пониженной или повышенной температуры. В зависимости от температуры на выбритых участках тела отрастали белые или черные волосы. Для каждой части тела был установлен порог раздражения — температура, выше которой развивалась белая шерсть, а ниже — черная. Так, на боку кролика при температуре ниже 2 °С вырастала черная шерсть, на ухе при температуре выше 30 °С — белая шерсть и т. д. Таким образом, наследуется не рисунок кролика, а способность или неспособность в зависимости от температуры образовывать пигмент в волосе. При изменении условий среды иногда признак изменяется так же, как и под влиянием действия генов, но возникшие особенности не являются наследственными. Такие изменения называют фенокопиями. Например, у кур врожденный дефект бесхвостости наследуется, но в некоторых случаях обусловливается влиянием внешней среды в период насиживания.
Среда особенно влияет на развитие хозяйственно полезных признаков сельскохозяйственных животных. Неблагоприятные условия кормления и содержания в первую очередь влияют на высокопродуктивных животных.
В таблице 27 приведены данные по удою дочерей и внучек трех быков-производителей симментальской породы.
27. Продуктивность коров — дочерей и внучек разных быков-производителей в зависимости от условий кормления и выращивания (по О. А. Ивановой)
Быки-производители— опгцы и деды
коров за 300 дней лактации, кг
выращенных в посредственных условиях и лакгировавших при кормлении
выращенных и лакгировавших при
Цезарь ^ Наследник 1 Бис
Как видим, у коров, выращенных в посредственных условиях и лактировавших при умеренном кормлении, между потомками разных быков имеются незначительные различия. При обильном кормлении у потомков Цезаря удой оказался меньше по сравнению с потомками Наследника на 449 кг и по сравнению с потомками Биса на 504 кг. Еще значительнее была разница в удое потомков, выращенных и лактировавших при обильном кормлении. В этом случае потомки Биса превзошли по удою дочерей Цезаря на 722 кг и дочерей Наследника на 462 кг. При улучшении кормления потомство Цезаря повысило удой на 2059 кг, Наследника — на 2302, а Биса — на 2803 кг. Это показывает, что реакция на улучшение условий среды у потомства разных быков была различной. Из приведенного примера видно, что среда может сгладить наследственные различия между животными, в результате чего лучшие и худшие по генотипу особи по продуктивности оказываются одинаковыми. Правильно отобрать наиболее ценных по генотипу животных можно только при оптимальных условиях среды.
У кур критические периоды приходятся на 2—3-й день инкубации, когда начинает формироваться система кровообращения; на 8—9-й день развития, когда начинается резко выраженная дифференцировка характерных для птиц органов и тканей; на 19-й день инкубации, когда снова усиливаются процессы диффе-ренцировки и начинает изменяться тип дыхания. В критический период эмбрионы птиц особенно чувствительны к изменению режима инкубации: температуры и влажности воздуха, а также аэрации яиц.
Предполагают, что у крупного рогатого скота также существуют критические периоды и первый период приходится на первые три дня развития зиготы. В критические периоды происходит, очевидно, смена матриц белкового синтеза и в связи с этим ослабление физиологических процессов.
При изучении соотношения среды и наследственности большой интерес представляют особи человека и животных, совершенно идентичные по генотипу, — однояйцовые близнецы. У них генотипы тождественны, и они принадлежат к одному полу. Близнецов широко используют для выяснения вопроса о влиянии различных факторов среды и наследственности на формирование признаков организма. Изучая близнецов, можно получить данные о том, в какой степени среда может модифицировать проявление патологических симптомов определенной болезни.
Контрольные вопросы. 1. В чем заключается центровая теория гена? 2. Что такое ген, что вы знаете о строении гена? 3. Как проявляется влияние генов на развитие признаков? 4. Что понимается под дифференциальной активностью генов на разных этапах онтогенеза? 5. Что вы знаете о взаимодействии ядра и цитоплазмы в развитии? 6. Как происходит регуляция синтеза и РНК и белка в клетке? 7. Как влияет среда на развитие признаков? 8. Что вы знаете о критических периодах в развитии?
1. Фенотипическая и модификационная изменчивость. роль условий внешней среды в развитии и проявлении признаков и свойств
2. Статистические закономерности модификационной изменчивости: вариационный ряд, вариационная кривая
3. Биометрия, ее значение для биологических наук
4. Норма реакции
Список литературы
1. Фенотипическая и модификационная изменчивость. роль условий внешней среды в развитии и проявлении признаков и свойств
2. Статистические закономерности модификационной изменчивости: вариационный ряд, вариационная кривая
Число пар листочков 3 4 5 6 7
Число пар листьев 19 217 505 217 42
Чтобы изобразить графически этот ряд, т. е. построить его вариационную кривую, необходимо: на горизонтальной линии (оси абсцисс) нанести на равных друг от друга расстояниях точки, отвечающие каждой из приведенных выше величин - числу пар листочков (3, 4, 5 и т. д.), и из каждой такой точки восстановить перпендикуляр (ось ординат), длина которого в миллиметрах или других долях точно отвечает числу особей (в данном случае листьев) соответствующей варианты (т. е. соответственно - 19, 217, 505 и т. д.). Затем остается соединить вершины этих перпендикуляров, или ординат, прямыми линиями, и получается вариационная кривая, наглядно изображающая вариационный ряд. Она показывает постепенное увеличение числа вариант от начала к середине ряда, туда, где находится средняя величина (равная в данном ряду 5,046 листочка), и затем последовательное уменьшение их числа к другому концу этого ряда.
Данный пример относится к числу тех случаев, когда каждая варианта выражается целым числом и никаких дробных величин быть не может. То же самое имеет место тогда, когда речь идет о числе каких-нибудь образований (чешуй, тычинок и т. д.), причем в этих случаях говорят обычно о целых, или определенных вариантах. Противоположностью целых вариант являются классовые, когда сделанные измерения выражаются не только в целых, но и в дробных величинах, как это почти всегда имеет место при измерениях роста, веса и т. п. Здесь вместо строго определенного распределения целых вариант приходится разбивать сделанные измерения по классам чисто искусственно, соединяя в один класс все величины от и до такого-то предела. Таким образом, число особей каждого класса нужно ставить не под той или иной величиной варианты, а между двумя величинами, являющимися границами класса, как видно из следующего примера, представляющего измерения 1000 листьев дуба в сантиметрах:
Длина 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
Число листьев 3 12 38 55 90 115 153 131 135 114 8242 15 11 4
Таким образом, к первому классу здесь относятся листья длиной от 3 до 4 см (3), ко второму - длиной от 4 до 5 см (12), к третьему - длиной от 5 до 6 см (38) и т. д. Для построения классовой вариации также намечают на горизонтальной линии (оси абсцисс) точки, отвечающие границам классов, но не ограничиваются восстановлением из них перпендикуляров (ординат), а строят между каждой парой таких точек прямоугольник, отвечающий каждому классу, причем числу особей в последнем соответствует (также в миллиметрах или долях его) высота данного прямоугольника. В результате подобного построения получается многоугольник в виде лестницы, т. к. здесь имеет место изображение вариант уже не в виде линий, а в виде площадей. Из такого многоугольника легко сразу получить вариационную кривую, если соединить прямыми линиями средние точки верхних сторон всех прямоугольников, как это видно из рисунка.
Для объяснения закона Кетлэ и вытекающей из него вариационной кривой Гальтоном (1889) был сконструирован чрезвычайно остроумный аппарат, прекрасно иллюстрирующий значение множественности причин при возникновении данного явления. Как видно из рисунка, этот аппарат представляет собой ящик, в котором внизу отделены перегородками 15-20 отделений, наверху устроено узкое отверстие в виде воронки, а между ними расположены ряды вертикально поставленных игл. Если поставить ящик наклонно и начать сыпать через отверстие дробь, то дробинки расположатся в отделениях неравномерно и образуют в своей совокупности типичную вариационную кривую.
Если бы не было игл, дробь скопилась бы только в двух-трех средних отделениях, на которые приходится вершина кривой. Однако в действительности отдельные дробинки встречают препятствия в виде игл и уклоняются от середины в сторону, причем в боковые отделения попадает тем меньше дроби, чем дальше они от середины, т. к., чтобы уклониться далеко в сторону, необходимо встретить много односторонних препятствий, что случается лишь с немногими дробинками. То же самое имеет место в природе.
Каждый из изменчивых признаков стремится при развитии к своей средней, типичной для него величине. Однако в этом стремлении он сталкивается с рядом воздействий из окружающей среды, и не все особи могут при этом развить среднюю величину данного признака. Большинство все же получает близкую к ней величину, подобно большинству дробинок, т. к. разносторонние воздействия внешнего мира при развитии их как бы взаимно погашаются. Однако какая-то часть особей получает лишь односторонние воздействия и уклоняется по развитию данной особенности к одному из краев вариационной кривой.
Все модификационные изменения происходят, как известно, под влиянием окружающей среды, или внешних условий, т. е. температуры, влажности, других климатических факторов, питания.
Вопросом о влиянии внешних условий на растения и о возникающих под этим влиянием изменениях органов в течение индивидуальной жизни занимались многие ученые. Так, Клебс еще в начале ХХ в. произвел специальное вариационно-статистическое исследование вопроса о том, как отражается изменение во внешних условиях на изменчивости различных особенностей у некоторых растений из семейства толстянковых. И здесь наблюдалась самая тесная зависимость между изменчивостью того или иного признака и изменениями во внешних условиях, причем нередко можно было подметить увеличение или уменьшение изменчивости данной особенности, если растения попадали в различные условия. Все это юллюстрируется Клебсом при помощи соответствующих таблиц и кривых.
Речь идет о числе тычинок у толстянки, причем кривая 1 изображает колебания их числа у 1370 цветков при нормальном освещении, а кривая 2 - у 405 цветков в красном свете. При этом не только резко меняется общий размах колебаний (4-10 в одном случае, 4-6 в другом), но и средняя величина (6,81 для кривой 1, 4,99 для кривой 2), и обе кривые, как видно из рисунка, резко различны. При других условиях получаются и другие кривые, так что данный признак имеет не одну, а ряд различных кривых, в зависимости от влияющих на него внешних условий. Вывод на основании этих опытов заключается в том, что вариационная кривая каждой особенности не является чем-то строго постоянным, а представляет собой нечто очень изменчивое под влиянием различных внешних условий, среди которых особенно важную роль играют условия питания.
Среди представителей животного царства случаев резкого изменения под влиянием внешних условий известно меньше, чем у растений, однако и здесь имеется целый ряд форм, у которых подобная зависимость от внешней среды выступает чрезвычайно ясно. К числу таких форм относятся насекомые, особенно бабочки, над которыми были проделаны интересные опыты. Различие в окраске между весенним и летним поколением бабочек, наблюдающееся у некоторых видов (так называемый сезонный диморфизм), заставило предположить, что между окраской насекомого и температурой окружающей среды существует определенная связь.
Подвергая куколки бабочек различному по степени охлаждению или нагреванию и, соответственно, изменяя продолжительность действия той или иной температуры, удавалось получить как бы ряд постепенных переходов, которые вели от нормальной к наиболее сильно измененной форме . Подобные же случаи изменений под влиянием температуры были изучены и у других животных, например, у жуков и даже у млекопитающих. У жуков наблюдалось изменение в сторону меланизма или альбинизма. У мышей от холода сильнее развивается шерсть и укорачивается хвост.
Большое значение среди различных внешних условий, вызывающих изменения у растений и животных, придается питанию. Так, если гусениц различных бабочек заставить питаться не обычным для них кормом, а другими растениями, то в результате происходят довольно сильные изменения в окраске и размерах взрослого насекомого, т. е. бабочек. Следовательно, пища гусеницы отражается на бабочке не менее, чем температурные условия, при которых развивается куколка.
Условия питания и у животных могут сильно изменять вариационную кривую, заметно смещая при этом ее среднюю величину. Именно это явление наблюдали ученые, изучавшие изменчивость различных особенностей у дафний. Высота их головного шлема, например, изменяющаяся довольно сильно в течение года по месяцам , находится в самой тесной зависимости от условий питания, что наглядно видно, если вычертить кривые изменений этой особенности при различных условиях питания и нанести на них и среднюю величину шлема в каждом таком случае.
Впрочем, влияние питания принадлежит к числу столь общеизвестных явлений, что для его иллюстрации достаточно обратиться к обыкновенным домашним животным, и у них можно найти богатый материал, который может быть использован для построения самых различных вариационных кривых. Достаточно вспомнить различия во внешнем виде хорошо откормленного и оголодавшего животного, чтобы это стало совершенно ясно и без пояснений.
Конечно, температура и питание не являются единственными факторами, от которых зависит изменчивость животных. Кроме них, имеется и ряд других, скажем, свет или химический состав той среды, в которой живут морские животные, т. е. Содержание в ней различных солей.
Данные об изменении окраски животного под влиянием различного освещения были известны давно и для некоторых позвоночных и для беспозвоночных. Так, под влиянием света можно добиться потемнения нижней стороны тела у камбалы или вызвать известную пигментацию у белого в естественных условиях протея. Однако лучше всего был изучен этот вопрос на куколках некоторых дневных бабочек, у которых их различная окраска, видимо, зависела от окраски того субстрата, на котором происходило окукливание гусениц.
Что касается влияния на животных химического состава окружающей среды, то наиболее резкое изменение под влиянием этого фактора было давно описано у рачка артемия, который живет в соляных водоемах и сильно реагирует на изменение концентрации соли в воде. Если количество соли увеличивается, то через несколько поколений получается форма с признаками другого вида. Если же концентрация солей постепенно понижается, то у артемии появляются признаки другого рода.
Чрезвычайно удобным объектом для различных опытов с влиянием тех или иных агентов на организм являются личинки иглокожих и других форм, метаморфозы которых протекают в морской воде. В результате этих опытов было установлено, что между изменчивостью и внешними влияниями существует самая тесная зависимость.
3. Биометрия, ее значение для биологических наук
4. Норма реакции
Большинство опытов и наблюдений, описанных ранее, показывают, что наследственные свойства организма, его генотипа, нельзя характеризовать какой-то одной формой проявления, одним фенотипом. Генотип характеризует норму реакции, т. е. способ реагирования на изменение окружающих условий. Например, урожай сорта озимой пшеницы 20 ц с 1 га никак его не характеризует, потому что неизвестно, в каких условиях этот урожай был получен. Если он был получен на бедной почве или в засушливом году, то это хороший сорт, а если такой урожай был выращен в условиях достаточного обеспечения влагой и питательными веществами, то это сорт низкопродуктивный.
Норма реакции генотипа выявляется в процессе модификационной изменчивости организма. При оценке сортов обязательно стараются выявить норму реакции их генотипов на различные благоприятные и неблагоприятные внешние условия. При этом могут выявляться сорта с узкой и широкой нормой реакции генотипов. Нормой реакции определяются приспособительные возможности сортов и ареалы, которые они могут занять. Особую ценность представляют сорта, способные давать высокую продуктивность при благоприятных условиях и незначительно снижать ее в неблагоприятных условиях, например, при засухе. К таким сортам озимой пшеницы относятся Безостая 1 и Мироновская 808. Первый из них дает самые высокие урожаи в условиях орошения и нередко снижает их в засушливых условиях, второй же отличается очень высокой урожайностью при хороших условиях перезимовки и лучше, чем большинство других сортов, переносит зимы, неблагоприятные для пшеницы. Все это отдельные примеры модификаций развития организма при резкой перемене условий его жизни. Но модификации не исчерпываются ими.
Модификационная изменчивость представляет собой закономерное биологическое явление, постоянно сопровождающее размножение организмов. Процесс развития каждого признака или свойства организма, осуществляющийся на основе генотипа, протекает всегда при различающихся в той или иной степени внешних условиях. Поэтому наследственность любого признака или свойства всегда проявляется в форме различных его модификаций. На одном квадратном метре посева любого сорта пшеницы или другой культуры нельзя найти двух растений, которые бы не отличались в той или иной степени друг от друга. В большинстве случаев находятся существенные различия между растениями по всем признакам, которые можно наблюдать или измерять. Кроме того, даже у одного и того же растения, имеющего, например, пять продуктивных стеблей, все они, несмотря на одинаковый генотип, будут, как правило, значительно различаться по длине колоса, числу колосков и зерен, их крупности и т. д. И в том, и в другом случае речь идет о модификационной изменчивости.
Относительная роль генотипических факторов и факторов среды в формировании разных признаков организма может быть очень различной. Так, характер расположения листьев на стебле растения (спиральное, супротивное или мутовчатое) и тип их жилкования (параллельное, перистое, пальчатое) почти нацело обусловлены генотипом и лишь очень незначительно изменяются под влиянием внешних условий. Форма листовой пластинки, степень ее рассеченности, зазубренности краев значительно больше зависит от среды, но у большинства видов все же определяются в основном генотипом растения. За интенсивность же зеленой окраски листьев ответственны главным образом внешние факторы - плодородие почвы и особенно освещение; роль наследственности здесь относительно невелика.
У человека можно проследить всю гамму переходов от признаков, полностью определяемых генотипом (каковы, например, группы крови или цвет радужной оболочки глаз), через такие, на которые факторы среды налагают заметный отпечаток (как, например, рост), к признакам, очень зависящим от внешних условий (например, вес тела или степень развитости мышц). Но у всех организмов характер фенотипических изменений, вызываемых влиянием среды, т. е. способность организма отвечать на действие внешних факторов именно такими, а не иными модификациями, или норма реакции организма, всегда бывает врожденной, обусловленной его генотипом. Это становится очевидным при сравнении модификаций, вызываемых одним и тем же внешним воздействием не только у неродственных организмов, отдаленных друг от друга в систематическом отношении, но даже у особей, принадлежащих к одному виду, но имеющих генетические различия.
Некоторые стороны нормы реакции генотипа проявляются только в особых условиях. Так, кролики, гомозиготные по рецессивному гену, так называемой горностаевой окраски, имеют черные уши, хвост, конец морды и концы лап, а все остальное тело у них белое. Если выбрить участок белых волос и поместить кролика в условия пониженной температуры (0-1 град.), то на выбритом месте отрастает черная шерсть. Если же выбрить часть черных волос и затем содержать кролика при повышенной температуре, то вместо них отрастают белые. При этом для каждой части тела имеется свой порог температуры, выше которого развивается белая шерсть, а ниже - черная. Сходные результаты были получены в опытах, проведенных с кошками сиамской породы, у которых темно-пигментная шерсть расположена в тех же местах, что и у горностаевых кроликов, а на остальном теле шерсть светло-палевая.
Полностью охарактеризовать норму реакции, присущую тому или иному генотипу, практически невозможно, потому что для этого пришлось бы изучить, как изменяется фенотип особей данного генотипа во всех разнообразнейших условиях среды, в каких они могут оказаться. Но более частные проявления нормы реакции нередко необходимо знать. В селекции, направленной на создание новых или совершенствование существующих форм полезных человеку организмов, постоянно возникает потребность установить различия в реакции тех или других сортов возделываемого растения на качество почвы, сроки посева, удобрения; разных пород домашнего животного - на характер кормового рациона: разных штаммов полезного микроба - на состав культурной среды и т. п. Часто приходится учитывать и то, что существенные различия в норме реакции наблюдаются не только между сортами, породами, штаммами, но даже внутри такой группы, если она генетически не вполне однородна.
Помимо большого практического значения, учение о норме реакции, устанавливающее зависимость размаха и характера модификаций от генотипа организма, важно для эволюционной теории.
Список литературы
1. Гершензон С. М. Основы современной генетики. Киев: Наукова думка, 1983.
2. Гуляев Г. В. Генетика. М.: Колос, 1971.
3. Лакин Г. Ф. Биометрия. М.: Высшая школа, 1990.
4. Петров Д. Ф. Генетика с основами селекции. М.: Высшая школа, 1971.
5. Филипченко Ю. А. Изменчивость и методы ее изучения. М.: Наука, 1978.
Все многообразие всего живого и его постоянное совершенствование были бы невозможны без изменчивости. Это связано с тем, что генотип последовательно реализуется в фенотип в ходе индивидуального развития организма и в определенных условиях среды обитания, факторы которой (колебания освещенности, температуры, влажности, условий питания, взаимоотношений с другими организмами и др.) часто оказывают определяющее значение на проявление и развитие того или иного признака и свойства. Поэтому организмы, имеющие одинаковые генотипы, могут заметно отличаться друг от друга по фенотипу. Приведем несколько примеров.
Если растения примулы, которые в обычных условиях имели красные цветки, перенести в оранжерею и содержать их там при температуре 30—35°С и высокой влажности, то через некоторое время все цветки у них оказываются белыми. Если эти же растения вновь поместить в обычные (комнатные) условия, то распустившиеся цветки будут красными.
Другим классическим примером, иллюстрирующим влияние внешней среды на проявление качественных признаков, служит изменение окраски шерсти у гималайского кролика. Обычно при 20°С у этого кролика шерсть белая, за исключением черных ушей, лап, хвоста и мордочки. При 30°С такие кролики вырастают полностью белыми. Если же у гималайского кролика сбрить шерсть на боку или спине и содержать его при температуре воздуха ниже +2°С, то вместо белой шерсти вырастет черная. Но если сбрить шерсть на ухе, то в обычных условиях там снова вырастет черная шерсть.
Эти наблюдения объясняют, почему гималайские кролики рождаются белыми, без участков черной шерсти: их эмбриональное развитие происходит в условиях высокой температуры.
Известно, что все признаки и свойства организма наследственно детерминированы, однако организмы наследуют не сами признаки и свойства, а лишь возможность их развития. Для проявления и развития признака необходимы соответствующие условия внешней среды.
Но даже в том случае, когда проявление и развитие того или иного признака происходит, степень его выраженности бывает
разной в зависимости от условий внешней среды: при одних она усиливается, при других ослабляется. Пределы этих изменений определены возможностями, заложенными в генотипе.
Пределы модификационной изменчивости признака, ограниченные действием генотипа, называют его норной реакции.
Для разных признаков и свойств организмов границы, определяемые нормой реакции, неодинаковы. Наибольшей пластичностью и изменчивостью характеризуются количественные признаки: семенная продуктивность злаков, величина удоя у крупного рогатого скота, масса животных, число и размеры листьев и колосков у растений и т. д. В то же время качественные признаки (масть животных, окраска семян, цветков и плодов, остистость и опушенность колоса у растений) мало зависят от условий среды.
Так, у крупного рогатого скота удой во многом определяется условиями его содержания. При подборе кормов нужного качества и количества ценная порода скота может дать 5—6 тыс. кг молока в год, а в случае ухудшения условий содержания продуктивность снижается до 2,5 тыс. кг и даже ниже. Что касается масти животных, то при самых разных условиях она почти не изменяется.
Подобную закономерность можно наблюдать и у растений. Например, растения элитного сорта картофеля, выращенные в условиях высокой культуры агротехники, дают урожай клубней 500—600 ц/га и более. Ухудшение условий (тяжелые глинистые почвы, низкая культура земледелия и ухода за растениями) может привести к тому, что урожайность прекрасного сорта картофеля снизится до 100—150 ц/га и ниже. Правда, окраска клубней и их форма при этом изменяются в очень малой степени.
Рассмотренные примеры свидетельствуют о том, что количественные признаки обладают очень широкой нормой реакции, а качественные — более узкой.
Таким образом, все признаки и свойства каждого сорта растений и каждой породы животных могут изменяться только в пределах нормы реакции. Поэтому попытки добиться высоких урожаев, резко повысить продуктивность сельскохозяйственных животных только за счет повышения уровня культуры земледелия, улучшения условий кормления и содержания животных несостоятельны. В первую очередь необходимо получить новые сорта растений и породы животных улучшенного генотипа, отзывчивые на хорошие условия возделывания и выращивания.
По механизму возникновения и характеру изменений признаков различают два типа изменчивости — наследственную и ненаследственную.
Под наследственной изменчивостью понимают способность к изменениям самого генетического материала, а под ненаследственной (модификационной, или фенотипической) — способность организмов реагировать на условия окружающей среды и изменяться в пределах нормы реакции, определяемой генотипом.
ГОСТ
Генотип как целостная система
Современная наука оперирует целым рядом специфических терминов. Не является исключением и генетика. Ключевые понятия этой молодой отрасли биологии связаны с носителем наследственной информации – геном.
Ген – это наследственный фактор, функционально неделимая единица генетического материала в виде участка молекулы нуклеиновой кислоты, который кодирует структуру полипептида, молекулы транспортной или рибосомальной РНК или взаимодействует с регуляторным белком.
Позже установили, что ген состоит из более мелких структурных образований. Но функционально он – целостная единица. Любые нарушения его строения и структуры могут привести к изменению закодированной в нем информации или к полной ее потере.
Различают гены, которые определяют (кодируют) структуру белков и нуклеиновых кислот. Такие гены называются структурными. А есть гены, которые служат местом присоединения ферментов и иных биологически активных веществ, регулирующих активность структурных генов. Такие гены называются регуляторными. Они принимают участие в процессах репликации ДНК и транскрипции.
Эти группы генов отличаются по строению и размеру. Регуляторные гены состоят из нескольких десятков пар нуклеотидов. А структурные гены насчитывают в своем составе сотни и десятки тысяч нуклеотидов.
Количество генов является видовым признаком и значительно варьирует у различных организмов.
Совокупность генов гаплоидного набора, характерная для организмов определенного вида, называется геномом.
Готовые работы на аналогичную тему
Самый простой геном у вирусов, а самый сложный – у высших эукариотических организмов.
Вся наследственная информация, закодированная в генах организма, называется генотипом.
Именно набор генов в генотипе определяет возможности развития тех или иных признаков организма.
Взаимодействие генотипа и условий окружающей среды
С момента открытия генов ученые пытаются выяснить соотношение роли генотипа и условий окружающей среды в процессе формирования и развития внешних признаков организма – фенотипа.
Зависимость проявления признаков от влияния окружающей среды отмечал еще выдающийся естествоиспытатель Жан-Батист Ламарк. Он рассматривал влияние среды как один из важнейших эволюционных факторов. С помощью близнецового метода удалось выяснить, что однояйцевые близнецы (организмы с одинаковым генотипом), развивавшиеся в разных условиях, отличаются фенотипически. Это является результатом проявления ненаследственной изменчивости.
Проявление модификационной (ненаследственной) изменчивости современные ученые объясняют следующими обстоятельствами. Каждый ген кодирует признак. Но на степень проявления этого признака могут влиять различные обстоятельства. Это может быть влиянием других, неаллельных генов. Кроме того, проявление каждого признака варьирует в определенных пределах. Это называется нормой реакции. Степень проявления такой реакции может зависеть от интенсивности воздействия факторов окружающей среды.
Самый простой пример – загар человека. Он определяется количеством пигмента, синтезируемого в клетках нашей кожи. Каждый человек имеет свою индивидуальную предрасположенность к загару. Она определяется генетически. Но интенсивность загара одного и того же человека зависит от степени освещенности (количества ультрафиолетового излучения) того места, где он пребывает.
Чем интенсивнее и дольше действует фактор среды, тем сильнее будет отклонение проявления признака от нормы реакции. Можно сделать вывод, что в процессе адаптации к условиям среды организм может проявлять изменчивость признаков в пределах норм реакции генотипа.
Но иногда реакция может быть неспецифической. При действии сильного раздражителя или если он действует довольно длительное время, реакция организма может не соответствовать силе и степени раздражителя. Эта ситуация называется стрессовой. Она может вызвать не только изменения фенотипа, но и привести к мутациям (ионизирующее излучение. химические вещества). А это, в свою очередь, приведет к изменению генотипа.
Читайте также: