Наследственность и изменчивость

2

Введение

Дарвинизм -- это материалистическая теория эволюции органического мира Земли, основанная на воззрениях Ч. Дарвина. Фундаментом для создания теории эволюции Ч. Дарвину послужили наблюдения во время кругосветного путешествия на корабле «Бигл», исследования и обобщение достижений современной ему биологии и селекционной практики.

В 1859г. была напечатана книга Ч. Дарвина «Происхождение видов путём естественного отбора, или Сохранение благоприятствуемых пород в борьбе за жизнь». В этой книге Ч. Дарвин показал, что преобразование пород домашних животных и культурных растений происходит на основе незначительных изменений в признаках отдельных организмов. Возникающие у животных и растений наследственные изменения попадают под действие естественного отбора, так что в борьбе за существование выживают формы, наиболее приспособленные к данным условиям среды. Тем самым Дарвин материалистически объяснил целесообразность организации живых существ. Таким образом, он впервые в истории биологии построил теорию эволюции, руководствуясь, в частности, данными, полученными хозяйственной практикой.

Дарвин исходил из существования двух основных типов изменчивости: определённой (представляющей собой приспособительные реакции организмов на воздействие факторов внешней среды) и неопределённой (также возникающей под влиянием внешних факторов, но не имеющей приспособительного характера). Материалом эволюции может служить только неопределённая (наследственная) изменчивость, основанная, на мутациях и их комбинациях, возникающих в результате скрещивания. Главным движущим фактором эволюции служит естественный отбор.

Заслуга Дарвина в том, что он вскрыл движущие силы органической эволюции. Дальнейшее развитие биологии углубило и дополнило его представления, послужившие основой современного дарвинизма. Развитие дарвинизма стимулировало прогресс многих областей биологии. Во всех биологических дисциплинах ведущее место занимает теперь исторический метод исследования. В результате эволюционной трактовки факты, добытые наукой, в свою очередь, способствовали дальнейшей разработке проблем дарвинизма.

Современный дарвинизм служит важнейшей теоретической основой биологии, сельскохозяйственной и медицинской практики: только дарвинистический подход даёт возможность эффективного преобразования пород домашних животных и сортов культурных растений, выведения новых, более продуктивных штаммов микроорганизмов; дарвинизм создаёт основу для представления о биосфере как о сложнейшей развивающейся системе и в перспективе даёт возможность управления эволюционным процессом.

Предпосылки эволюции:

изменчивость и наследственность

Изменчивость и наследственность как свойство живого пред-ставляют собой предпосылки эволюции жизни. Главной целью их познания должно быть: 1) выяснение роли этих явлений в органической эволюции и 2) доказательство не-возможности сведения эволюции к этим предпосылкам. Решение упомянутых задач возможно только при более близком знакомстве с изменчивостью и наследственностью.

Формы изменчивости, основные понятия и термины

Из матричного принципа строения и работы генетического ко-да с неизбежностью следуют фундаментальные явления живой природы -- наследственность (передача основных генетических структур от поколения к поколению) и изменчивость (разнород-ность, разнокачественность, наличие различий между особями). Наследственность определяется самим принципом передачи на-следственного кода посредством процесса, сходного с получением оттисков, копий с одной и той же печати (матрицы). Изменчи-вость определяется, во-первых, не абсолютной стабильностью мо-лекул, образующих цепочку генов (в результате разного рода причин в этих молекулах время от времени происходят измене-ния -- мутации, ведущие к изменению кода наследственности), и, во-вторых, влиянием внешних условий, определяющих конкрет-ное проявление того или иного генетического зачатка в данных конкретных условиях. Можно сказать поэтому, что природа на-блюдаемой изменчивости всегда двойственна, противоречива. Эта двойственность долгое время ставила исследователей в тупик, была причиной многих дискуссий в биологии и теории эволюции, начиная с работ Ж. Ламарка и Ч. Дарвина. Ч. Дарвин различал несколько форм изменчивости. В процессе даль-нейших исследований, подтвердивших дарвиновские представле-ния, была выработана новая терминология, которая должна быть, сопоставлена с дарвиновской (см. табл.).

С новой терминологией тесно связаны некоторые понятия, которые значительно облегчают понимание процессов изменчиво-сти и наследственности:

1) Генотип и фенотип. Термины эти были предложены Иоганнсеном (1903). Фенотип -- это вся совокупность признаков и свойств любого индивидуума -- является результатом взаимодействия между генотипом и средой. Под генотипом понимают взаимно связанную систему единиц наследственности (генов), наследст-венную программу развития.

Как правило, различные генотипы обусловливают развитие различных фенотипов. Изменение генотипа влечет за собой и из-менение фенотипа.

2) Фенотипическая изменчивость. В результате простых наблюдений не всегда можно сказать, какой характер изменчивость носит, т.е. опреде-ляется ли она изменениями генотипа (наследственно обусловлен-ная изменчивость, или мутация) или она ненаследственна (моди-фикация). Изменения проявляются в конкретных морфофизиологических, видимых или фенотипических изменениях: цвета, запаха, вкуса, фор-мы, пропорций, размера, числа частей и т. д. Следовательно, в условиях простого наблюдения можно говорить лишь в самой общей форме о фенотипической изменчивости. И только экспери-мент (в частности, скрещивание) может показать, какова доля наследственной (генотипической) и ненаследственной, определяе-мой влиянием конкретных факторов в развитии данной особи (паратипической) изменчивости в общей фенотипической изменчи-вости.

Любой наблюдаемый признак есть видимый результат реа-лизации наследственной программы развития в данных условиях. Поэтому признаки сами по себе, строго говоря, ненаследственны. Признаки зависимы, с одной стороны, от генетических особенно-стей организма, а с другой -- от условий жизни. Это доказано совершенно твердо на огромном количестве фактов.

Например, известно, что породные признаки культурных животных про-являются только в условиях соответственного кормления и обще-го благоприятствующего содержания. При плохом кормлении и содержании не проявятся и типичные наружные признаки породы (рис.1), ее экстерьер.

Рис.1. Пример ненаследственных различий.

Два поросенка одного помета стали несходными

вследствие различного кормления.

Весь спектр возможных измене-ний данного генотипа при разных условиях развития получил назва-ние нормы реакции. Таким образом, можно сказать, что наследуется не признак, а норма реакции генотипа.

Ненаследственные (паратипические модификационные) фенотипические изменения есть реакция конкретного генотипа на разные условия среды. В разных условиях среды один и тот же генотип будет выражен различными феноти-пами.

Наследственные изменения - мутации

Мутации -- это наследственные изменения генотипа. Это из-менение нормы реагирования выражается обычно в появлении новых признаков и свойств в изменении нормы реагирования на условия среды. По своей природе мутации могут быть весьма раз-личны, хотя во всех случаях являются дискретными изменениями общего кода наследственной информации. Различают:

ь генные му-тации -- единицами изменения являются гены или локусы в хромосомах;

ь хромосомные мутации -- еди-ницами изменения являются структурные перестройки отдельных хромосом (инверсии, дупликации, делеции, транслокации);

ь ге-номные мутации -- единицами изменения является число хромосом;

ь внеядерные мутации -- касаются изменения некоторых константных и более или менее автономных внеядерных структур клетки (митохондрий, пластид и т. п.).

Эволюционная характеристика мутаций

Важнейшими с эволюционной точки зрения характеристиками мутаций являются частота возникновения и встречаемость их в природных популяциях, а также влияние мутаций на те или иные признаки организма.

Частота возникновения отдельных спонтанных мутаций выра-жается в числе гамет одного поколения, содержащих определен-ную мутацию по отношению к общему числу гамет. Эти частоты, точно определенные для довольно значительного числа растений, животных и микроорганизмов, оказываются весьма близкими по величине и составляют 10-5-10-7 (т. е. 1 из 100000-10000000 несет вновь возникшую мутацию в определенном локусе). Часто-та мутаций неодинакова для разных генов, у отдельных лабиль-ных генов растений она достигает 10-2. Общая частота мутаций, которая складывается из частот мутаций отдельных генов, также оказывается близкой у разных организмов: от нескольких про-центов (одноклеточные водоросли, низшие грибы, бактерии) до 25% (дрозофила) всех гамет одного поколения несут ту или иную мутацию.

При воздействии облучением, определенными химическими веществами, температурой частота мутаций резко повышается и может достигать очень значительных величин. На частоту воз-никновения мутаций оказывает влияние физиологическое состоя-ние организма.

Спектр мутантных признаков, или признаков, затрагиваемых мутациями, оказывается очень широким. Нет признаков и свойств, которые в той или иной степени не затрагивались бы мутациями. Наследственной изменчивости подвержены все морфологические, физиологические, био-химические, этологические признаки и свойства. Эти вариации выражаются как в качественных различиях, так и количественно, т.е. по средним значениям варь-ирующих признаков. Мутации мо-гут происходить как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения выраженности опре-деленного признака или свойства. Мутации бывают или очень резко выражены (вплоть до летальнос-ти), или представлены в виде не-значительных отклонений от ис-ходной формы (так называемые «малые» мутации). В качестве примера «большой» мутации на рис.2 изображена дрозофи-ла с мутацией tetraptera; эта му-тация привела к возникновению признака, характерного для дру-гого отряда (четыре крыла вместо обычных для мух двух крыльцев). Во многих работах показано, что мутации затрагивают такие существенные биологические признаки, как общая жизне-способность, способность к скрещиванию, плодовитость и ско-рость роста и т.п. То обстоятельство, что мутации могут затра-гивать все без исключения признаки и свойства организмов, яв-ляется их важнейшим эволюционным свойством: эти наследст-венные изменения и являются материалом для эволюции.

Страницы: 1, 2, 3