Виды наследственной изменчивости в биологии: что характерно для модификационной и комбинативной

Характеристика модификации

Понятие модификации в биологии подразумевает некоторые изменения характеристик организма, возникающие под влиянием изменений внешней среды. Простой пример изменчивости изменений — пигментация кожи во время загара. Как только прекращается пребывание на солнце, со временем исчезает загар.

Это говорит о том, что модификация — это изменение, не выходящее за пределы скорости реакции в зависимости от генотипа. Кроме того, эта трансформация не передается по наследству, но некоторые из них могут длиться очень долго и постепенно исчезать даже на несколько поколений.

Предел вариативности изменения характера называется скоростью реакции. Он представляет собой спектр ярких проявлений генов с постоянством генотипа, из которых происходит выбор подходящих уровней экспрессии. В результате развивается определенный фенотип, и скорость реакции для каждого вида имеет свои пределы проявления.

Например, если животное начинает активно кормиться, это приведет к увеличению веса, но не выйдет за пределы диапазона обнаружения этого признака. Для разных трансформаций существуют разные аспекты проявления нормы реакции. Есть два типа:

1. Широкий — для этого вида характерна большая степень изменчивости, что отражается в количественной величине.
2. Узкий: отличается незначительной изменчивостью, имеющей качественный характер.

До сих пор механизм этих процессов не установлен, но специалисты предполагают, что они связаны с трансформацией цитоплазматических структур. Закономерность существования биологических трансформаций характеризуется тем, что фенотип изменяется, не затрагивая генотип. Следовательно, модификация очень много значит для эволюции, поскольку позволяет организмам адаптироваться к любым изменениям внешней среды.

Отсюда следует, что естественный отбор благоприятствует тем генотипам, которые имеют определенную амплитуду нормы реакции на внешние изменения. При мутации в организме тоже происходят изменения, но они связаны с перестройкой генов и хромосом. Это свойство трансформации наследственного материала считается основным отличием модификации от мутационной изменчивости.

Сравнительная характеристика модификаций и мутаций

Для сравнения различных признаков модификации и мутационной изменчивости можно использовать следующую таблицу:

Виды мутаций и их причины

Основные свойства

Уровень серьезности модификации пропорционален силе и продолжительности воздействия на организм причин, определяющих изменчивость. Чаще всего трансформации обеспечивают полезную адаптивную реакцию организма на воздействия окружающей среды.

Адаптивное значение имеют только те модификации, которые появляются после нормальных изменений природных условий, с которыми тот или иной вид неоднократно взаимодействовал. В результате столкновения организма с необычными условиями появляются изменения, не имеющие адаптивного ответа — морфозы.

Например, если личинки мухи подвергаются воздействию ультрафиолетовых лучей при высокой температуре, то у взрослых особей будут наблюдаться разные морфозы: закрученные вверх, с обрезками или небольшими крыльями. В отличие от мутационных изменений, фенотипические изменения обратимы, то есть возникающие со временем морфозы исчезают, если прекращается внешнее влияние.

Разновидности изменчивости

Преобразования в организме происходят по разным причинам, и их интенсивность напрямую зависит от воздействия внешних факторов. Существует несколько типов фенотипической изменчивости.

Возрастные, или онтогенетические

Преобразование модификации характеризуется постоянной сменой характеров в процессе развития личности.

Особенно это заметно в онтогенезе земноводных, насекомых, других животных и растений. У человека трансформации морфофизиологических и психических характеристик происходят в процессе развития.

Итак, если негативные внешние и социальные факторы влияют на развитие ребенка, то у него может развиться необратимый дефект интеллекта. Групповые черты индивида формируются в результате реализации генетической информации в конкретных условиях окружающей среды. В этом случае формирование фенотипа происходит в процессе развития человека, начиная с момента оплодотворения.

Его физическое, психическое и интеллектуальное здоровье передается по наследству вместе с влиянием внешних факторов. Это строгое правило лежит в основе процессов, под которыми понимается возникновение изменчивости и наследственности. Поэтому невозможно в мире, кроме близнецов, найти людей с одинаковым набором генов.

Сезонные и экологические преобразования

Такие изменения у отдельных людей или целых популяций могут быть обнаружены в результате изменения климата. В этом случае у животных может наблюдаться изменение цвета шерсти или появление подшерстка. Например, специалисты провели эксперименты с кроликом-горностаем, которому на спине сбрили небольшой участок белой шерсти и поместили животное на холод.

Через некоторое время на спине кролика начали расти темные волосы. Специалисты пришли к выводу, что окрас животного зависит не только от его генотипа, но и от конкретных условий, в которых оно обитает. Советский биолог Ильин показал, почему изменение температуры окружающей среды влияет на пигментацию, причем для каждой части тела существует своя индикаторная граница.

Сезонное изменение напрямую связано с изменением окружающей среды, так как напрямую входит в его группу. Изменения среды фенотипически проявляются в трансформации уровня признака, то есть могут возникать в начале развития и существовать на протяжении всей жизни. Итак, наглядный пример — изменение формы листовых пластин в форме стрелы:

1. При погружении в воду они имеют форму ленты.
2. На поверхности резервуара он закруглен.
3. Когда они не касаются воды, они принимают форму стрелы.

Это еще раз показывает, что экологические изменения имеют не только количественные, но и качественные характеристики.

Норма реакции

Норма реакции — это диапазон изменения характеристики. Он определяется генотипом и отличается у разных особей. Скорость реакции каждого типа имеет свой предел. Генетически он передается по наследству и отличается строго определенными фенотипическими признаками.

Для разных изменений характерны разные диапазоны скорости реакции. Следовательно, большой (количественный) предел изменчивости проявляется в:

• масса тела;
• количество надоев;
• размер листьев;
• урожайность зерновых.

Пониженная (качественная) скорость реакции проявляется в интенсивности окраски животных.

Значение изменчивости в жизни организмов и эволюции

Важна роль изменчивости в историческом развитии живых существ (эволюция) и индивидуальном развитии организмов (онтогенез). За счет генетических мутаций обеспечивается феномен «полиморфизма», выражающийся в увеличении гетерозиготности популяций, что отличает генофонд. Мутационная изменчивость обеспечивает резерв для выживания этого вида в меняющихся условиях окружающей среды.

Изменчивость модификации способствует развитию адаптаций к определенным условиям окружающей среды, и впоследствии могут появиться мутации, которые установят генетически лучшие варианты модификаций.

Смотрите также:

• Генетика пола. Наследование половых признаков. Взаимодействие генов. Генотип как целостная генетическая система человека
• Типы мутаций и их причины. Значение изменчивости в жизни организмов и в эволюции
• Значение генетики для медицины. Наследственные болезни человека, их причины, профилактика

Примеры модификационной изменчивости

Модификационные изменения в организме — это реакция на изменение условий существования.

Диета, температура окружающей среды, влажность и уровень освещенности — эти и многие другие факторы влияют на внешний вид тела, поведение его клеток.

Примеры фенотипических различий доступны на каждом этапе: одуванчик, выращенный в поле, отличается от одуванчика, выращенного в горах, высотой стебля, расположением листьев и развитием корней.

Другой пример: растения одного вида будут различаться по размеру в зависимости от уровня освещения и количества питательных веществ в почве. В зависимости от температуры цвет шерсти некоторых животных меняется.

Фенотипические изменения также могут наблюдаться у человека. Самый яркий пример — загар, который проявляется в виде защитной реакции на воздействие ультрафиолетовых лучей.

У жителей северных стран темный цвет кожи — явление временное, что свидетельствует об адаптивном характере данной модификации. Частые физические нагрузки также приводят к изменению фенотипа — укрепляются мышцы и кости тела.

Не все модификационные изменения проявляются внешне, иногда они происходят только на клеточном уровне. В условиях разрежения человеческий организм, пытаясь поддерживать жизнедеятельность, увеличивает уровень красных кровяных телец в крови, которые снабжают органы и ткани кислородом.

Это явление наблюдается при восхождении в горы. Поэтому альпинисты уделяют особое внимание адаптации к резко изменившимся условиям окружающей среды.

Отличие мутационной от модификационной изменчивости

Мутация, как и модификация, приводит к изменению организма, но это происходит из-за изменений наследственного материала, перестройки генов, хромосом и генома.

Человек, подверженный мутациям, остается таковым до конца жизни, а затем передает ген с мутацией своему потомству.

Воздействие радиации, химикатов, перепады температуры — частые причины мутаций. Их появление носит спонтанный характер: под воздействием одного и того же фактора появляющиеся симптомы могут быть разными.

В то же время мутация является важнейшим двигателем эволюции, поскольку в процессе естественного отбора только носители полезных изменений продолжают свой вид, что дает им конкурентное преимущество.

Статистические закономерности

Процесс изменения большинства черт человека, животных и растений подчиняется статистическим законам. Они могут указывать на результаты исследований, предметом которых являются группы лиц. Кроме того, изучаемые приметы для каждого члена имеют свои особенности. Статистические методы изучения изменчивости изменений включают:

1. Варианты: конкретный показатель, относящийся к каждой исследуемой характеристике. На основе совокупности полученных значений составляется серия вариаций.
2. Серии вариаций — это чередование вариаций, расположенных в порядке возрастания или убывания показателей изменчивости знаков. Простым примером могут быть листья, сорванные с дерева и расположенные в ряд по мере того, как пластины становятся больше.
3. Кривая вариации — на основе данных, полученных при построении ряда, составляется таблица и на ней строится графическое отображение зависимости между амплитудой вариабельности характеристики и количеством связанных с ней вариантов.

Обычно график представляет собой симметричную кривую. Определение и изучение статистических закономерностей важно на практике, поскольку позволяет спланировать и выяснить, насколько серьезность большинства признаков зависит от окружающей среды. Анализ кривых вариации помогает выявить вредные показатели для медицинских целей и вовремя определить отклонения от нормы у человека.

Наследственная изменчивость: мутационная, комбинативная

Наследственная (генотипическая) изменчивость относится к изменениям, происходящим в геноме, или появлению новых комбинаций генов, которые могут передаваться по наследству. Происходящие изменения влияют на генетический материал, являясь одной из основных причин эволюции.

Сегодня выделяют следующие формы генотипической изменчивости:

Мутационная

В этом случае возникающие изменения затрагивают наследственный материал (молекулы ДНК). Термин «мутация» предложил голландский ученый Хьюго де Фрис. Проявление мутаций у живых организмов связано с факторами внутренней и внешней среды. В зависимости от степени выраженности различают:

• генные мутации (перестройка нуклеотидов в гене);
• геномные мутации (изменение количества хромосом);
• хромосомные мутации (изменения участков ДНК).

Комбинативная

В основе таких изменений лежит половой процесс, результатом которого является формирование множества различных генотипов. Генотип относится к совокупности всех генов в организме, полученных от обоих родителей. Половое размножение за счет комбинации генов приводит к образованию новых фенотипов и генотипов. Итак, в каждом ребенке по-разному сочетаются знаки отца и матери, но абсолютно одинаковых людей на планете нет!

Помимо полового размножения, процесс кроссинговера определяет комбинаторную изменчивость. Каждая из наших клеток несет хромосомы наших дедушек и бабушек. Некоторые из них были получены путем скрещивания гомологичных хромосом, ранее принадлежавших предкам. Эти хромосомы называют «рекомбинантами».

Комбинированная изменчивость также может быть результатом удачной встречи гамет после оплодотворения.

Перечисленные три источника (половой процесс, кроссинговер и случайная встреча гамет) комбинаторной изменчивости действуют одновременно и независимо друг от друга. В результате образуется много новых генотипов с фенотипами. Новые комбинации генетического материала характеризуются легкостью формирования и легкого уничтожения при передаче из поколения в поколение.