Модификационная изменчивость. Норма реакции. Фенокопии.

Ненаследственная (фенотипическая, модификационная)

изменчивость – это фенотипические различия у генетически одинаковых особей, способность организмов изменять свой фенотип под влиянием различных факторов. Фенотипическая изменчивость не связана с изменением генетического материала. Она является ответной реакцией организма на конкретные изменения окружающей среды. Большую роль в формировании признаков организмов играет среда его обитания. Каждый организм развивается и обитает в определенной среде, испытывая на себе действие ее факторов, способных изменять морфологические и физиологические свойства организмов, т.е. их фенотип.

Причиной модификационной изменчивости являются изменения внешней среды обитания организма или его внутренней среды, не затрагивающие гены организма, наследственный материал и не вызывающие изменений генотипа особи. Следовательно, эти изменения не наследуются (ненаследственная). Так, если получить потомство от тритонов, выращенных на темном грунте, и поместить их на светлый, то все они будут иметь светлую окраску, а не темную, как их родители. То есть данный вид изменчивости не затрагивает генотип и поэтому не передается потомкам.

Изучение влияния новых условий на человека показало, что такие признаки, как тип обмена веществ, предрасположенность к некоторым заболеваниям, группа крови, узоры кожи на пальцах, и другие определяются генотипом, и их выражение мало зависит от факторов окружающей среды. Другие признаки, такие как уровень интеллекта, вес, рост и т.п., обладают широким диапазоном изменений, и их проявление в значительной степени определяется окружающей средой. Те внешние различия, которые обусловлены средой, получили название модификаций. Модификации не связаны с изменением генетических структур особи, а являются лишь частной реакцией генотипа на конкретные изменения окружающей среды (температуры, содержания кислорода во вдыхаемом воздухе, характера питания, воспитания, обучения и т.д.).

Модификационная изменчивость носит групповой характер (групповая), то есть все особи одного вида, помещенные в одинаковые условия, приобретают сходные признаки. Например, если сосуд с эвгленами зелеными поместить в темноту, то все они утратят зеленую окраску, если же вновь выставить на свет – все опять станут зелеными.

Модификационная изменчивость является определенной, то есть всегда соответствует факторам, которые ее вызывают. Так, усиленные физические нагрузки влияют на степень развития мышц. Под действием ультрафиолетовых лучей у людей (если они не альбиносы) возникает загар в результате накопления в коже меланина, причем у разных людей интенсивность окраски кожи различна.

В оптимальных условиях выявляется максимум возможностей, присущих данному генотипу. Так, продуктивность беспородных животных в условиях улучшенного содержания и ухода повышается (надои молока, нагул мяса). В этом случае все особи с одинаковым генотипом отвечают на внешние условия одинаково, поэтому Ч. Дарвин этот тип изменчивости назвал определенной или групповой изменчивостью. Однако другой признак – жирность молока – слабо подвержен изменениям условий среды, а масть животного – еще более устойчивый признак.

Интенсивность модификационной изменчивости можно регулировать. Модификационная изменчивость направлена.

Модификационная изменчивость признака может быть очень велика, но она всегда контролируется генотипом организма и обычно колеблется в определенных пределах. Конкретные изменения не наследуются, они формируются в процессе жизнедеятельности особи. Наследуется генотип с его специфической нормой реакции на изменение среды. Внешние воздействия могут вызывать у особи или группы особей изменения, которые бывают для них вредными, безразличными или полезными, т.е. приспособительными.

Границы фенотипической изменчивости, контролируемые генотипом организма, называют нормой реакции (рис. 4).

Широкая норма реакции приводит к повышению выживаемости. Широкая норма реакции свойственна количественным признакам, таким как удои молока, размеры листьев, окраска у некоторых бабочек; узкая норма реакции для качественных признаков – жирности молока, яйценоскости у кур, интенсивности окраски венчиков у цветков и др.

Одним из первых исследователей, изучавших модификационную изменчивость, был К. Нэгели (1865), который сообщил, что если альпийские формы растений, например ястребинки, перенести на богатую почву Мюнхенского ботанического сада, то у них обнаруживаются увеличение мощности, обильное цветение, а некоторые растения изменяются до неузнаваемости. Если же формы вновь перенести на бедные каменистые почвы, то они возвращаются к исходной форме. Несмотря на полученные результаты, К. Нэгели оставался сторонником наследования приобретенных свойств.

Впервые строгий количественный подход к исследованию модификационной изменчивости с позиций генетики применил В. Иогансен. Он изучал наследование массы и размера семян фасоли – признаков, в значительной степени меняющихся под влияниемкак генетических факторов, так и условий выращивания растений.

Убежденным противником наследования свойств, приобретенных в онтогенезе, был А. Вейсман (1833-1914). Последовательно отстаивая дарвиновский принцип естественного отбора как движущую силу эволюции, он предложил разделить понятия соматогенных и бластогенных изменений, т.е. изменения свойств соматических клеток и органов, с одной стороны, и изменения свойств генеративных клеток – с другой. А. Вейсман указал на невозможность существования механизма, который передавал бы изменения соматических клеток половым таким образом, чтобы в следующем поколении организмы изменялись адекватно тем модификациям, которые претерпели родители во время своего онтогенеза.

Иллюстрируя это положение, А. Вейсман поставил следующий эксперимент, доказывавший ненаследование приобретенных признаков. На протяжении 22 поколений он отрубал хвосты белым мышам и скрещивал их между собой. В общей сложности он обследовал 1592 особи и ни разу не обнаружил укорочения хвоста у новорожденных мышат.

Фенокопии – это ненаследственные изменения, сходные с известными мутациями (вариант эмбриопатии). Фенокопии являются результатом действия физических и химических агентов на генетически нормальный организм. Например, при использовании талидомида часто рождались дети с фокомелией (рис. 5) – укороченными ластовидными руками, которую могут вызвать и мутантные аллели.

42.Определение понятия "ген". Классификация генов. Современное состояние теории гена.

Ген - это информационная структура, состоящая из нуклеотидов ДНК (а у вирусов и РНК), неделимая в функциональном отношении, способная к неограниченной репликации и направляющая развитие и функционирование организма, обеспечивая в том числе и транскрипцию других генов.

В зависимости от выполняемой функции различают гены: структурные – транскрибируются во все виды РНК; регуляторные – регулируют процесс транскрипции; модуляторы – изменяют активность структурных генов.

Современное состояние теории гена включает следую­щие положения:

1.Ген - материальная единица хранения и передачи наследственной информации, является частью молекулы ДНК или у вирусов РНК.

2.Ген в хромосоме занимает определенный локус. Существуют гены с непостоянной локализацией - транспозоны.

З.Гены делятся на структурные, регуляторные, гены модуляторы.

4.Структурно-функциональной единицей гена является триплет.

5.Триплеты в гене расположены колинеарно аминокислотам в белке.

6.Гены эукариот имеют интронно-экзонную природу.

7.Единицей транскрипции в геноме является оперон.

8.Гены способны к рекомбинации (как межгенной так и внутригенной) и мутации.

9.Не всякое повреждение гена ведет к мутации, т.к. гены способны к

репарации.

10. Дискретные единицы - гены формируют целостную систему

взаимодействующих генов – генотип.

43.Регуляция генной активности (экспрессия генов) у про- и эукариот.