Мутационный процесс как фактор эволюции
Мутационный процесс эволюции является одним из важнейших звеньев развития. В большинстве случаев первоначально он оказывает неблагоприятное воздействие на фенотип особей. Однако, являясь рецессивными, измененные аллели присутствуют, как правило, в генофондах в гетерозиготных генотипах по соответствующему локусу. Рассмотрим далее роль мутационного процесса в эволюции.
Общие сведения
Мутационный процесс – наследственное внезапное изменение, спровоцированное резкой функциональной и структурной трансформацией генетического материала. Последний организован в иерархию различных элементов: от молекулярных сайтов, присутствующих внутри гена, до хромосом и геномов. Мутационный процесс – фактор давления на популяцию. Вследствие него частота одного аллеля изменяется по отношению к другому.
Положительный эффект
За счет присутствия мутантных аллелей в генофонде в гетерозиготном генотипе исключается непосредственное негативное влияние на фенотипическое выражение того признака, который контролируется данным геном.
За счет гибридной мощности (гетерозиса) многие мутации в гетерозиготном состоянии зачастую способствуют повышению жизнеспособности организма.
Посредством сохранения аллелей, которые не обладают приспособительной ценностью в настоящей среде существования, но способны ее приобрести или в будущем, или при освоении других экологических ниш, формируется резерв изменчивости.
Значение мутационного процесса
Важность обуславливается тем, что при постоянном возникновении спонтанных изменений и их сочетаний при скрещивании возникают новые комбинации генов и трансформаций. Это, в свою очередь, неизбежно приводит к наследственным корректировкам в популяции. Роль мутационного процесса состоит в повышении генетической гетерогенности. Вместе с тем без участия прочих факторов он не в состоянии направлять трансформацию природной популяции.
Мутационный процесс – источник элементарного материала, резерва изменчивости. Появление трансформаций обладает статистическим и вероятностным характером. Эволюционное значение процесса заключается в поддержании высокой гетерогенности природных популяций, участии в формировании разнообразных аллелей и возникновении новых генов. Мутационный процесс создает полный спектр изменчивости конкретного генофонда. При своем постоянном течении он обладает ненаправленным и случайным характером.
Специфика
Мутационный процесс происходит на протяжении существования всей жизни. Некоторые трансформации могут возникать многократно у различных организмов. Генофонды находятся под постоянным влиянием мутационного процесса. Этим компенсируется высокая вероятность утраты в ряду поколений единичного изменения. Несмотря на то что мутационный процесс оказывает относительно небольшое давление на отдельно взятый ген, при большом количестве последних генетическая структура подвергается существенным изменениям.
Механизм и результат
В результате непрерывных скрещиваний появляется множество сочетаний аллелей. Генетическая комбинаторика многократно исследует значение мутаций. Они проникают в новые геномы, появляются в различных генотипических средах. Потенциальное количество таких сочетаний генетического материала в рамках любой популяции огромно. Однако реализуется только ничтожная часть из теоретически вероятного числа вариантов. Осуществленной долей комбинаций определяется уникальность практически каждой особи. Этот фактор крайне важен для реализации естественного отбора.
Особенности проявления
Мутации представляют собой элементарный материал эволюции. Существует несколько их типов: геномные, хромосомные, генные. Среди особенностей проявления мутаций следует выделить их экспрессивность. Она отражает степень их фенотипической выраженности. Кроме этого, мутациям свойственна пенетрантность. Она представляет собой частоту фенотипических проявлений у одного аллеля конкретного гена в популяции независимо от экспрессивности.
Генные мутации
Они представляют собой трансформацию последовательности нуклеотидов. Мутационный процесс в этом случае изменяет характер действия гена. Обычно имеет место молекулярная трансформация, вызывающая фенотипический эффект. Предположим, что в определенном гене в конкретной точке кодов есть ЦТТ, кодирующий глутаминовую кислоту. При замене только одного нуклеотида он может превратиться в кодон ГТТ. Он будет участвовать в синтезе не глутаминовой кислоты, а глутамина. Исходная и мутантная белковые молекулы отличаются, и, вероятно, это повлечет вторичные различия фенотипического характера. Точная репликация нового аллеля будет происходить до момента, пока не случится новое изменение. При генной мутации таким образом возникает серия или пара гомологичных элементов. Можно сделать и обратный вывод. Наличие аллельной изменчивости по тому или иному гену означает, что он в определенное время подвергался мутации.
Дополнительно
Гетерозиготное состояние, диплоидный генотип, "молчащая ДНК" – все это ловушки для мутаций. При вырожденности генетического кода редкости возникновения трансформаций говорят о репарации. Мутационные процессы должны возникать у существующих живых организмов с определенной частотой. Она должна быть достаточной для того, чтобы вызывать изменения, посредством которых популяции выводились бы на новый уровень. Мутации обнаруживаются в различных концентрациях. Часть из них должна участвовать в историческом процессе развития живых организмов, способствуя формированию новых таксонов. Мутации, как правило, появляются без переходов, дискретно и скачкообразно. Появившееся однажды изменение устойчиво. Оно передается потомкам. Мутации возникают не направленно. Одно и то же изменение способно повторяться неоднократно.
Адаптивная ценность
Большая часть новых мутантов отличается существенно низкой жизнеспособностью, чем дикий/нормальный тип. При этом она выражается в различной степени: от субвитального едва заметного до полулетального и летального состояния. При анализе жизнеспособности мутантов мухи дрозофилы, появившихся при изменениях в Х-хромосоме, у 90% особей она была ниже, чем у нормальных. У 10% отмечалось супервитальное состояние – повышенная жизнеспособность. В целом же адаптивная ценность появившихся мутантов, как правило, понижена. Она характеризуется функциональной полезностью морфологических признаков и плодовитостью, физиологической жизнеспособностью.