Наследственность и изменчивость представляют собой основные условия процесса эволюции. Обе эти противоположные особенности неразделимы и входят в характеристику всех живых организмов. Практически вся история науки биологии основывалась на изучении взаимодействия и значения этих особенностей. Еще в древней Греции были совершены попытки осмысления многообразия организмов. Платон, Анаксимен, Гераклит и многие другие утверждали, что все в природе меняется в результате внутренней борьбы. Какие же закономерности изменчивости и наследственности существуют? Этот вопрос изучали многие ученые на протяжении долгого времени.
Устойчивые свойства живых организмов
Еще в древности появились предположения о присущих живым существам изменчивости и наследственности. Было обращено внимание на тот факт, что при репродукции из одного поколения к другому передается ряд признаков, которые типичны для данного вида. Это было названо наследственностью.
Наряду с этим между представителями одного вида есть некоторые отличия, что было названо изменчивостью. Закономерности наследственности и изменчивости применялись уже тогда для создания иных пород животных и сортов растений благодаря Г. Менделю, который после многих экспериментов сумел их описать. В 1900 году начинает развиваться новая наука – генетика, что изучает закономерности этих двух фундаментальных свойств организмов.
Понятие генетики
Наследственностью именуют совокупность признаков, которые организмы повторяют из поколения в поколение. Особую роль здесь уделяют физиологии, химическому составу, внешнему строению и характеру обменных процессов организмов. Изменчивостью именуют явление, что противоположно наследственности и выражается в изменении комплекса признаков или образования новых свойств у организмов одного и того же вида. Сочетание этих двух свойств способствует эволюции, в результате которой у особей образуются новые признаки, которые сохраняются в следующем поколении.
Большое количество новых признаков ведет к образованию новых видов. Именно поэтому генетика направлена на изучение закономерностей изменчивости и наследственности, чтобы понять развитие эволюции, создавать новые виды живых организмов, более приспособленных к постоянно изменяющимся условиям внешней среды.
Изменчивость и ее закономерности
В генетике принято различать наследственную (генотипическую) и модификационную изменчивость. Генотипическая изменчивость характеризуется тем изменением признаков, что задает генотип и которые сохраняются несколько поколений. Ненаследственная изменчивость характеризуется теми изменениями признаков, которые вызваны влиянием внешней среды и передаются по наследству от родителей к потомству. Она не касается наследственной базы организма – генотипа – но склонна передаваться.
Закономерности модификационной изменчивости заключаются и в том, что она имеет групповую направленность. У всех представителей определенного вида обстоятельства окружающей среды способствуют возникновению похожих изменений. Модификации имеют направление, в отличие от мутаций, они подчинены закономерности, поэтому их можно предугадать. Например, при распустившихся на деревьях листьях температура воздуха в ночное время была отрицательной, в результате этого утром все они приобретут красноватый оттенок. Благодаря модификациям у особей происходит адекватная реакция на изменения факторов окружающей среды, поэтому они быстрее к ней адаптируются, чтобы уцелеть и оставить приплод.
Нормы реакции
Ненаследственная изменчивость подчиняется закономерностям. Статистические закономерности модификационной изменчивости заключаются в том, что ее границы зависят от генотипа, они именуются нормами реакции (НР). Она имеет границы для каждого из признаков. Узкая НР обуславливает те признаки, от которых зависит жизнеспособность организма, а широкая НР играет немаловажную роль для спасения вида.
Особью наследуется, скорее всего, способность его генотипа вследствие взаимодействия с окружающей средой создавать определенный фенотип. Также статистические закономерности изменчивости ненаследственной обуславливают наличие признаков, которые практически в полном объеме определяет генотип. Например, количество конечностей, расположение глаз и так далее.
На определение количественных признаков оказывает влияние окружающая среда. Для того чтобы изучить изменчивость определенного признака, генетиками составляется так называемый вариационный ряд, который состоит из последовательных количественных показателей определенного признака, что расположены по возрастанию или убыванию. Длина такого ряда говорит о границах ненаследственной изменчивости, зависит она от стабильности условий окружающей среды.
Организм являет собой открытую конструкцию, наследственность реализуется здесь при помощи взаимодействия генотипа с внешней средой. У представителей одинаковых генотипов в разных условиях внешней среды могут образовываться различные фенотипы.
Изменчивость наследственная
Наследственная делится на мутационную (МИ) и комбинированную (КИ). Здесь вступают в силу основные закономерности изменчивости. КИ характеризуется тем, что при спаривании отличных друг от друга по генотипу гамет появляются новые генотипы, которых не было у родителей. Например, дети никогда не повторяют полностью родителей, они получают генотип, который состоит из комбинации генов двух предков. Происходит это четырьмя путями. Первый путь – расставание хромосом при редукционном делении клетки, второй – физический обмен участками хромосом в мейозе, и третий путь – невольные комбинации гамет при оплодотворении, и последний – взаимодействие генов.
Мутационная наследственность
Мутации представляют собой перевоплощения генотипа, включая целые хромосомы или отдельные гены, которые возникают случайно и имеют стойкий характер. Они бывают крупными (альбинизм, коротконосость и прочее) и мелкими. Также они подразделяются на несколько видов: геномные, хромосомные и генные мутации.
Мутации генома и хромосом
Данный вид мутаций характеризуется изменением количества хромосом. У некоторых особей наблюдается полиплоидия – изменение кратного количества хромосом. Так, у таких организмов хромосомный набор в клетках повторяется не два, а намного больше раз. Это происходит в результате нарушения протекания митоза или мейоза, когда разрушается цепь деления, двойные хромосомы не расходятся, а остаются внутри клетки, вследствие этого образуются гаметы с двойным набором информации. Если такая гамета сольется с нормальной, то у потомка будет наблюдаться тройное количество хромосом.
На этом закономерности изменчивости не исчерпываются. Бывает, что у особи наблюдается перестройка хромосом. Некоторые ее участки изменяют свое положение, они или теряются, или удваиваются. Так происходит мутация хромосом.
Мутации генов
Данный вид мутаций связан с изменением состава или порядка нуклеотидов в границах гена. Он может быть потерян или заменен другим, также может наблюдаться образование лишнего нуклеотида. Такие мутации приводят к остановке работы гена, в результате чего не появляются определенные РНК и белок, или же белок приобретает другие свойства, что приводит к изменению фенотипа. Генные мутации очень важны, поскольку с их помощью появляются новые аллели.
Мутации соматические и генеративные
Закономерности изменчивости организмов заключаются и в том, что некоторые мутации происходят только в клетках половых, поэтому фенотипы образуются только у потомства. Они именуются генеративными.
В клетках соматические мутации также могут образовываться. В этом случае они не передаются потомкам при размножении. Но если размножение бесполое, то мутации потомству могут быть переданы. Они именуются соматическими.
Свойства мутаций
Мутациям свойственно стойко передаваться по наследству. Их значение в процессе эволюции очень велико. Закономерности изменчивости заключаются в том, что только наследственные мутации могут быть переданы следующим поколениям, если они будут благополучно размножаться и выживать с этими признаками.
Все изменения могут быть вызваны как внешними, так и внутренними факторами. Скачки температуры, увядание клеток, влияние различных веществ, ультрафиолета – все это может спровоцировать мутации ДНК и даже хромосом.
Изменения появляются внезапно, в некоторых случаях это представляет вред для организма, поскольку вмешиваются в генотип, который устанавливался большое количество времени. Мутации не имеют направления, они могут повторяться, при этом подвергаться изменению может любой ген, приводя к трансформации как небольших, так и жизненно важных признаков. Один и тот же фактор внешней среды может приводить к самым разным изменениям, которые предвидеть практически невозможно. Поэтому важное значение для нас сегодня имеет генетика, закономерности изменчивости и наследственности играют немалую роль в процессе эволюции.
Таким образом, носителями наследственной информации являются гены. При этом конкретный ген отвечает за определенные признаки. Последний определяет какое-либо качество организма: физиологическое, биохимическое или морфологическое. По этому качеству отличают одно живое существо от другого. Комплекс генов именуется генотипом, а комплекс признаков – фенотипом.
В природе существуют определенные закономерности изменчивости и наследственности, благодаря которым живые организмы приспосабливаются к быстроменяющимся условиям окружающей среды. Мутации могут образовываться на разных участках ДНК, затрагивать гены и хромосомы. В результате этого мы имеет огромную классификацию живых организмов.
