Люди с самого начала своего существования занимаются познанием себя и окружающего мира. И зачастую исследовательская деятельность приводит к тому, что люди намеренно вмешиваются в привычные процессы, нарушая тем самым ход событий и привнося явные изменения, отражающиеся не только на окружающей природе, но и на человеке.
Определение
Мутагенез — это процесс изменений в структуре ДНК, вследствие чего происходит мутация организма.
Выделяют два вида мутагенеза: искусственный (индуцированный) и естественный (спонтанный).
История обнаружения
В 1899 году русским ученым Коржинским было приведено научное объяснение мутагенеза. В 1900 году генетиком Фризом было продолжено изучение явления, и именно этот ученый дал существующее ныне определение мутагенеза.
Эти два ученых вывели следующие положения его теории:
- Все процессы мутации внезапны, как прерывистые изменения признаков.
- Новые полученные формы устойчивы.
- Мутации не «строят» последовательных рядов, не скапливаются возле среднего типа. Это существенно отличает мутационные изменения от наследственных.
- Похожие мутации могут проявляться периодически.
- В зависимости от количества исследуемых особей возрастает вероятность обнаружения мутации.
- Мутации несут как вред, так и пользу.
Почему появляются мутации
Чаще всего мутагенез возникает при допущении ошибок при удвоении и восстановлении цепей ДНК, при нарушении в расхождениях хромосом к полюсам при мейозе.
Вообще, в каждой клетке идет постоянное восстановление нарушенных цепочек ДНК. Однако, если восстановление целостности ДНК не происходит, то все ошибки в генетическом коде будут накапливаться, что в конечном счете и приведет к мутационному процессу.
Спонтанный мутагенез
Он возникает при естественных условиях развития, когда извне не действуют никакие мутагены.
Какие могут быть причины появления такого его вида:
- Экзогенные (или внешние): радиационные излучения, экстремально низкие или высокие температуры.
- Эндогенные (или внутренние). К таким относятся внезапно образующиеся в организме метаболиты, которые пробуждают образование мутационных процессов.
Так, например, в зонах арктического холода растительность обладает полиплоидной формой. Это зависит от того, что в период вегетации при аномально низких температурах у растений образуется ряд геномных мутаций.
Продолжительное время ученые считали, что факторами возникновения естественного мутагенеза являются космические волны и природные радиационные излучения. Однако в ходе проведенных исследований было установлено, что лишь незначительная доля спонтанного мутагенеза образуется под действием радиации.
Установлено, что причиной являются местные небольшие отклонения теплового движения частиц.
Индуцированный
Мутагенез искусственного типа представляет собой процесс создания искусственных мутаций, для получения необходимого материала.
Например, в селекции растений ученые применяют мутагенные факторы, которые преобразуют исходный генотип. В ходе этого получаются видоизмененные виды растений с новыми признаками и формами, которых нет у первоначальных их видов.
Поэтому можно сказать, что индуцированный мутагенез в селекции играет немаловажную роль в получении новых сортов.
Методы мутагенеза спонтанного типа
Его механизм выглядит, как нарушение фрагмента ДНК. Если оно было проведено с погрешностями, то образование мутации неизбежно. Если нарушение произошло в маловажном участке ДНК, или наоборот, в значащем фрагменте, то мутация появится, но единожды и больше проявляться не будет.
Мутагены: физические и химические
Мутагены - это явления, которые вызывают мутационные изменения организма. По природе своего происхождения все они делятся на физические и химические.
К физическим мутагенам относятся:
- Ионизирующие излучения.
- Температура.
- Влажность.
Методы их воздействия следующие:
- Разрушение целостной структуры хромосом и генов.
- Освобождение радикалов свободного типа, которые начинают взаимодействовать с ДНК.
- Нарушение целостности нитей хроматинового веретена деления.
- Возникновение димеров — образований единых комплексов пиримидиновых оснований одной цепи ДНК.
Химические мутагены представляют собой следующее:
- Химические вещества органической и неорганической природы.
- Вещества синтетической природы, которые не встречались в природе ранее.
- Природные вещества после заводской переработки, например, уголь и нефть.
- Некоторые медикаменты, наркотические вещества, некоторые виды антибиотиков.
Механизм химических мутагенов таков:
- Алкилирование нуклеотидных комплексов ДНК.
- Замещение азотистых оснований на основания подобного характера.
- Замедление синтеза предшественников нуклеиновых кислот.
Есть польза от мутагенеза?
Итак, с уверенностью можно сказать, что мутагенез - это явление, способное отражаться на состоянии организма.
Если мутаген затронет «незначительный» фрагмент ДНК, то, по сути, никаких изменений организм не претерпит. Мутации будут существовать в «памяти» ДНК и передаваться по наследству, а со временем могут исчезнуть совсем.
Но если факторы мутагенеза затронут существенный фрагмент ДНК, вследствие чего будет нарушена стандартная аминокислотная последовательность, то это приведет к необратимым изменениям в организме. И если мутация будет выявлена у подавляющего большинства особей определенного вида, то в дальнейшем это приведет к существенным изменениям характерных признаков вида.
Поскольку мутагенез — это нарушение нормальной целостности ДНК, то мутации способны наносить вред организму.
Подавляющее число мутаций способно сократить жизнедеятельность организмов и спровоцировать появление тяжелых заболеваний.
Те последствия мутагенеза, которые образуются в соматических клетках, не передаются с генетическим материалом следующему поколению. Но в результате митотического деления, когда появляются новые клетки, образующие ткань, могут образовываться опухолевые уплотнения.
Мутации, которые затрагивают половые клетки, способны передаваться следующему поколению.
Конкретный пример: мутация, приводящая к появлению укороченных крыльев у одного из представителей насекомого, в последующем времени проявится у остальных его видов, и, если эти насекомые живут в безветренном районе, то передвигаться им будет тяжело. В этом случае речь будет идти о приобретенном заболевании или даже уродстве.
Но вот если в такой местности начнут дуть сильные ветра, то первоначальный вид насекомых с длинными крыльями будут претерпевать неудобства, а короткокрылые, наоборот, будут иметь преимущества.
Таким образом, можно сказать, что мутации могут порождать новый вид организмов путем изменения геномной структуры существующего вида.
