3.8. Výber, jeho ciele a praktický význam. Učenie N.I. Vavilov o centrách diverzity a pôvodu kultúrnych rastlín. Zákon homologickej série v dedičnej premenlivosti. Metódy šľachtenia nových odrôd rastlín, plemien zvierat a kmeňov mikroorganizmov.

4.4.5. Kvet a jeho funkcie. Súkvetia a ich biologický význam Kvet je upravený generatívny výhonok, ktorý slúži na rozmnožovanie semenami. Na základe štruktúry kvetov sa rastliny zaraďujú do konkrétnej čeľade. Kvet sa vyvíja z generatívneho púčika.

6.2. Vývoj evolučných myšlienok. Význam diel C. Linného, ​​učenia J.-B. Lamarck, evolučná teória Charlesa Darwina. Vzájomný vzťah hnacích síl evolúcie. Elementárne faktory evolúcie. Formy prírodného výberu, typy boja o existenciu. Vzájomný vzťah hnacích síl evolúcie.

Biologické zbrane V posledných desaťročiach sa v médiách začal pravidelne objavovať pojem „biologické zbrane“. Zdalo sa, že hovoríme o niečom úplne novom a nezvyčajnom. Medzitým boli zrejme prvé biochemické zbrane

Nededičná (fenotypová) variabilita - ide o typ variability, ktorá odráža zmeny vo fenotype pod vplyvom podmienok prostredia, ktoré neovplyvňujú genotyp. Stupeň jeho závažnosti môže byť určený genotypom. Fenotypové rozdiely u geneticky identických jedincov, ktoré vznikajú v dôsledku pôsobenia environmentálnych faktorov, sa nazývajú modifikácií . Existujú zmeny súvisiace s vekom, sezónne a environmentálne zmeny. Ide o zmenu stupňa prejavu vlastnosti. Nedochádza k narušeniu štruktúry genotypu.

Vekom podmienené (ontogenetické) modifikácie sa vyjadrujú vo forme neustálej zmeny vlastností počas vývoja jedinca. U ľudí sa počas vývoja pozorujú modifikácie morfofyziologických a mentálnych charakteristík. Napríklad dieťa sa nebude môcť správne vyvíjať fyzicky ani intelektuálne, ak ho v ranom detstve neovplyvnia bežné vonkajšie a sociálne faktory. Dlhodobý pobyt dieťaťa v sociálne znevýhodnenom prostredí môže spôsobiť nezvratnú poruchu jeho inteligencie.

Ontogenetická variabilita, podobne ako samotná ontogenéza, je určená genotypom, kde je zakódovaný vývojový program jedinca. Zvláštnosti formovania fenotypu v ontogenéze sú však determinované interakciou genotypu a prostredia. Pod vplyvom neobvyklých vonkajších faktorov môžu nastať odchýlky vo formovaní normálneho fenotypu.

Sezónne úpravy jedinci alebo celé populácie sa prejavujú vo forme geneticky podmienenej zmeny vlastností (napríklad zmena farby srsti, vzhľad srsti u zvierat), ktorá sa vyskytuje v dôsledku sezónnych zmien klimatických podmienok. Napríklad pri vysokých teplotách má králik bielu farbu srsti a pri nízkych teplotách tmavú srsť. U siamských mačiek sa v závislosti od ročného obdobia mení plavá farba srsti na tmavo plavú až hnedú.

Úpravy prostredia predstavujú adaptívne zmeny fenotypu v reakcii na meniace sa podmienky prostredia. Ekologické modifikácie sa fenotypovo prejavujú zmenami v miere prejavu znaku. Môžu sa vyskytnúť v počiatočných štádiách vývoja a pretrvávajú počas celého života jedinca. Príklady zahŕňajú veľké a malé exempláre rastlín pestované v pôdach obsahujúcich rôzne množstvá živín; zakrpatení a slabo životaschopní jedinci u zvierat, ktorí sa vyvíjajú v zlých podmienkach a nedostávajú dostatok živín potrebných pre život; počet okvetných lístkov v kvetoch pečeňovky, popovky, masliaka, počet kvetov v súkvetí u rastlín a pod.

Ekologické úpravy ovplyvňujú kvantitatívne (počet okvetných lístkov v kvete, potomstvo u zvierat, hmotnosť zvierat) a kvalitatívne (farba kože u ľudí pod vplyvom ultrafialových lúčov) vlastnosti.

Ekologické úpravy sú reverzibilné a nemusia sa prejaviť pri výmene generácií, podliehajúc zmenám vonkajšieho prostredia. Napríklad potomstvo nízko rastúcich rastlín na dobre oplodnených pôdach bude mať normálnu výšku; Osoba s oblúkovými nohami v dôsledku rachitídy má úplne normálne potomstvo. Ak sa podmienky počas série generácií nemenia, miera prejavu znaku u potomstva je zachovaná, potom sa berie ako pretrvávajúci dedičný znak (dlhodobé modifikácie). Pri zmene podmienok vývoja sa dlhodobé modifikácie nededia. Predpokladalo sa, že dobre vycvičené zvieratá produkujú potomstvo s lepšími „hereckými“ vlastnosťami ako tie z netrénovaných zvierat. Potomkovia trénovaných zvierat sa skutočne ľahšie trénujú, ale to sa vysvetľuje tým, že nezdedia zručnosti získané rodičmi, ale schopnosť trénovať v dôsledku zdedeného typu nervovej činnosti.

Vo väčšine prípadov ide o úpravy primerané charakter, t.j. stupeň závažnosti symptómu je priamo závislý od typu a trvania pôsobenia konkrétneho faktora. Zlepšenie hospodárenia s hospodárskymi zvieratami teda pomáha zvyšovať živú hmotnosť zvierat, plodnosť, dojivosť a obsah tuku v mlieku. Úpravy sa nosia prispôsobivý, prispôsobivý charakter. To znamená, že v reakcii na zmenené podmienky prostredia jedinec vykazuje fenotypové zmeny, ktoré prispievajú k jeho prežitiu. Príkladom je obsah červených krviniek a hemoglobínu u jedincov, ktorí sa ocitnú vysoko nad morom. Nie sú to však úpravy samotné, ktoré sú adaptívne, ale schopnosť tela meniť sa v závislosti od podmienok prostredia.

Jednou z hlavných vlastností modifikácií je ich masový charakter. Je určená tým, že rovnaký faktor spôsobuje približne rovnakú zmenu u jedincov, ktorí sú si genotypovo podobní.

Modifikujúca sa variabilita je spôsobená vonkajšími faktormi, ale jej limit a mieru prejavu znaku riadi genotyp. Jednovaječné dvojčatá sú si teda fenotypovo podobné a dokonca reagujú identicky na rôzne stavy (napríklad najčastejšie trpia rovnakými chorobami). Ale prostredie výrazne ovplyvňuje formovanie vlastností. Napríklad identické dvojčatá vykazujú pehy v rôznej miere v rôznych klimatických podmienkach. U zvierat môže prudké zhoršenie stravy viesť u niektorých k úbytku hmotnosti a u iných k smrti. U osoby s rovnako zvýšenou výživou hyperstenická osoba prudko zvýši telesnú hmotnosť a v menšej miere normastenická osoba, zatiaľ čo hmotnosť astenickej osoby sa nemusí vôbec zmeniť. To naznačuje, že genotyp riadi nielen schopnosť organizmu meniť sa, ale aj jeho limity. Limit modifikácie sa nazýva reakčná norma . Dedí sa norma reakcie, a nie samotné modifikácie, t.j. schopnosť vyvinúť konkrétnu vlastnosť sa dedí. Reakčná norma je špecifická kvantitatívna a kvalitatívna charakteristika genotypu, t.j. určitá kombinácia génov v genotype a charakter ich interakcie. Medzi génové kombinácie a interakcie patria:

polygénne určovanie znakov, kedy niektoré z polygénov, ktoré riadia vývoj kvantitatívneho znaku, môžu v závislosti od podmienok prejsť z heterochromatického stavu do euchromatického a späť (hranicu modifikácie v tomto prípade určuje počet polygénov). v genotype);

zmena dominancie u heterozygotov pri zmene vonkajších podmienok;

rôzne typy interakcií nealelických génov;

expresívnosť mutácie.

Existujú znaky s široký(hmotnosť, výťažnosť atď.), úzky(napríklad percento tuku v mlieku, počet kurčiat u vtákov, obsah bielkovín v ľudskej krvi) a jednoznačná reakčná norma(väčšina kvalitatívnych charakteristík: farba zvierat, farba vlasov a očí u ľudí atď.).

Niekedy sú jedince určitého druhu vystavené škodlivým faktorom, s ktorými sa v procese evolúcie nestretol a ich toxicita je taká veľká, že vylučuje možnosť modifikačnej variability organizmu určenej reakčnou normou. Takéto činidlá môžu byť letálne alebo obmedzené na vyvolanie vývojových defektov. Deformácie alebo anomálie vývoja sa nazývajú morfózy. Morofózy – ide o rôzne poruchy v procesoch tvorby v období morfogenézy, vedúce k prudkej zmene morfologických, biochemických, fyziologických charakteristík a vlastností organizmu. Príkladmi morfóz sú defekty vo vývoji krídel a končatín u hmyzu, deformácie schránok mäkkýšov a deformácie vo fyzickej štruktúre cicavcov. Príkladom morfóz u ľudí je narodenie detí bez končatín, s nepriechodnosťou čriev a nádorom hornej pery, ktoré sa v roku 1961 v Nemecku a niektorých krajinách západnej Európy a Ameriky stalo takmer epidémiou. Príčinou deformácií bolo, že matky počas prvých troch mesiacov tehotenstva užívali talidomid ako sedatívum. Známych je aj množstvo látok (teratogénov, resp. morfogénov), ktoré spôsobujú vývojové deformácie človeka. Patria sem chinín, halucinogén LSD, drogy a alkohol. Morfózy sú nové reakcie organizmu na nezvyčajné škodlivé faktory prostredia, ktoré nemajú historický základ. Fenotypovo sa výrazne líšia od modifikácií: ak modifikácia je zmena miery prejavu charakteristiky, teda morfóza- Ide o výrazne zmenenú, často kvalitatívne novú funkciu.

Morfózy vznikajú, keď škodlivé látky (morfogény) ovplyvňujú skoré procesy embryonálneho vývoja. Embryogenéza je rozdelená do niekoľkých etáp, počas ktorých dochádza k diferenciácii a rastu určitých orgánov a tkanív. Vývoj vlastnosti začína krátkym obdobím, ktoré sa nazýva „kritické“ obdobie. V tomto období sa telo vyznačuje vysokou citlivosťou a poklesom reparačných (obnovujúcich) schopností. V prípade vystavenia morfogénom počas kritických období sa obvyklá cesta vývoja rudimentu mení, pretože to spôsobuje indukovanú represiu génov zodpovedných za jeho tvorbu. Zdá sa, že vývoj jedného alebo druhého orgánu skáče z jednej cesty na druhú. To vedie k odchýlkam od normálneho vývoja fenotypu a k tvorbe deformít. Poruchy embryogenézy majú niekedy špecifický charakter, pretože ich fenotypové vyjadrenie závisí od štádia vývoja organizmu v čase expozície. Rôzne toxické látky môžu spôsobiť rovnaké alebo podobné anomálie, ak je telo vystavené striktne definovanému vývojovému obdobiu, kedy je zvýšená citlivosť príslušných tkanív a orgánov. Niektoré morfogény (chemické látky) môžu vďaka svojim štrukturálnym vlastnostiam spôsobiť špecifické morfózy v dôsledku selektívneho vplyvu v určitom období vývoja.

Morfózy nie sú svojou povahou adaptívne, pretože reakcia tela na faktory, ktoré ich naznačujú, je zvyčajne nedostatočná. Frekvencia indukovaných morfóz a citlivosť organizmov na škodlivé morfogénne agens sú riadené genotypom a líšia sa medzi rôznymi jedincami toho istého druhu.

Morfózy sú často fenotypovo podobné mutáciám a v takýchto prípadoch sú tzv fenokópie. Mechanizmy výskytu mutácií a fenokópií sú rôzne: mutácia je dôsledkom zmeny štruktúry génu a fenokópia je výsledkom porušenia implementácie dedičných informácií. Fenokópie sa môžu vyskytnúť aj v dôsledku potlačenia funkcie určitých génov. Na rozdiel od mutácií sa nededia.

Myslite!

Otázky

1. Ktoré chromozómy sa nazývajú pohlavné chromozómy?

2. Čo sú to autozómy?

3. Čo je homogametický a heterogametický sex?

4. Kedy sa u ľudí vyskytuje genetická determinácia pohlavia a čo to spôsobuje?

5. Aké mechanizmy určovania pohlavia poznáte? Uveďte príklady.

6. Vysvetlite, čo je to dedičnosť viazaná na pohlavie.

7. Ako sa farbosleposť dedí? Aké vnímanie farieb budú mať deti, ktorých matka je farboslepá a otec má normálne videnie?

Vysvetlite z pohľadu genetiky, prečo je medzi mužmi oveľa viac farboslepých ako medzi ženami.

Variabilita- jedna z najdôležitejších vlastností živých vecí, schopnosť živých organizmov existovať v rôznych formách, nadobúdať nové vlastnosti a vlastnosti. Existujú dva typy variability: nededičné(fenotypové alebo modifikačné) a dedičné(genotypový).

■ Nededičná (modifikačná) variabilita. Tento typ variability je procesom vzniku nových charakteristík pod vplyvom faktorov prostredia, ktoré neovplyvňujú genotyp. V dôsledku toho sa výsledné modifikácie charakteristík - modifikácie - nededia. Dve identické (monozygotné) dvojčatá, ktoré majú úplne rovnaké genotypy, ale z vôle osudu vyrástli v iných podmienkach, sa môžu navzájom veľmi líšiť. Klasickým príkladom demonštrujúcim vplyv vonkajšieho prostredia na vývoj vlastností je hrot šípu. Táto rastlina vyvíja tri druhy listov v závislosti od podmienok pestovania – na vzduchu, vo vodnom stĺpci alebo na povrchu.

Vplyvom okolitej teploty sa mení farba srsti himalájskeho králika. Embryo, ktoré sa vyvíja v maternici, je vystavené zvýšeným teplotám, ktoré ničia enzým potrebný na farbenie srsti, takže králiky sa rodia úplne biele. Čoskoro po narodení začnú niektoré vyčnievajúce časti tela (nos, končeky uší a chvosta) tmavnúť, pretože je tam nižšia teplota ako inde a enzým sa nezničí. Ak si vytrhnete oblasť bielej srsti a ochladíte kožu, narastie v tejto oblasti čierna srsť.

V podobných podmienkach prostredia u geneticky blízkych organizmov má modifikačná variabilita skupinový charakter, napríklad v lete sa u väčšiny ľudí vplyvom UV lúčov ukladá do kože ochranný pigment - melanín, ľudia sa opaľujú.

U tých istých druhov organizmov môže byť pod vplyvom podmienok prostredia variabilita rôznych charakteristík úplne odlišná. Napríklad u hovädzieho dobytka dojnosť, hmotnosť a plodnosť veľmi závisia od podmienok kŕmenia a ustajnenia a napríklad obsah tuku v mlieku sa vplyvom vonkajších podmienok mení len veľmi málo. Prejavy modifikačnej variability pre každý znak sú limitované ich reakčnou normou. Rýchlosť reakcie- to sú hranice, v rámci ktorých je možná zmena znaku v danom genotype. Na rozdiel od samotnej modifikačnej variability je reakčná norma zdedená a jej hranice sú pre rôzne vlastnosti a u jednotlivých jedincov rôzne. Najužšia reakčná norma je charakteristická pre znaky, ktoré poskytujú životne dôležité vlastnosti tela.

Vzhľadom na to, že väčšina modifikácií má adaptačný význam, prispievajú k adaptácii - prispôsobeniu organizmu v medziach normy reakcie na existenciu v meniacich sa podmienkach.

■ Dedičná (genotypová) variabilita. Tento typ variability je spojený so zmenami v genotype a znaky získané v dôsledku toho sa dedia nasledujúcimi generáciami. Existujú dve formy genotypovej variability: kombinatívna a mutačná.

Kombinatívna variabilita spočíva vo objavení sa nových charakteristík v dôsledku tvorby iných kombinácií rodičovských génov v genotypoch potomstva. Tento typ variability je založený na nezávislej divergencii homológnych chromozómov v prvom meiotickom delení, náhodnom stretnutí gamét v rovnakom rodičovskom páre počas oplodnenia a náhodnom výbere rodičovských párov. Výmena úsekov homológnych chromozómov, ku ktorej dochádza v prvej profáze meiózy, tiež vedie k rekombinácii genetického materiálu a zvyšuje variabilitu. V procese kombinovanej variability sa teda štruktúra génov a chromozómov nemení, ale nové kombinácie alel vedú k tvorbe nových genotypov a v dôsledku toho k vzniku potomkov s novými fenotypmi.

Mutačná variabilita sa prejavuje vznikom nových vlastností organizmu v dôsledku tvorby mutácií. Termín „mutácia“ prvýkrát zaviedol v roku 1901 holandský botanik Hugo de Vries. Mutácie sú podľa moderných koncepcií náhle prirodzené alebo umelo spôsobené zdedené zmeny v genetickom materiáli, ktoré vedú k zmenám určitých fenotypových charakteristík a vlastností organizmu. Mutácie sú nesmerové, t.j. náhodné, v prírode a sú najdôležitejším zdrojom dedičných zmien, bez ktorých je evolúcia organizmov nemožná. Koncom 18. stor. V Amerike sa narodila ovca so skrátenými končatinami, z ktorej vzniklo nové plemeno Ancona. Vo Švédsku na začiatku 20. storočia. Na kožušinovej farme sa narodil norok s kožušinou platinovej farby. Obrovská rozmanitosť znakov u psov a mačiek je výsledkom mutačnej variability. Mutácie vznikajú kŕčovito, s novými kvalitatívnymi zmenami: z pšenice markízovej sa vytvorila pšenica bez hrádze, u drozofily sa objavili krátke krídla a pásikové oči a u králikov z prirodzenej farby aguti v dôsledku mutácií biele, hnedé a čierne sfarbenie.

Podľa miesta výskytu sa rozlišujú somatické a generatívne mutácie. Somatické mutácie vznikajú v bunkách tela a neprenášajú sa pohlavným rozmnožovaním na ďalšie generácie. Príkladmi takýchto mutácií sú starecké škvrny a kožné bradavice. Generatívne mutácie sa objavujú v zárodočných bunkách a sú zdedené.

Na základe úrovne zmeny genetického materiálu sa rozlišujú génové, chromozomálne a genómové mutácie. Génové mutácie spôsobujú zmeny v jednotlivých génoch, narúšajú poradie nukleotidov v reťazci DNA, čo vedie k syntéze pozmeneného proteínu.

Chromozomálne mutácie ovplyvňujú významnú časť chromozómu, čo vedie k narušeniu fungovania mnohých génov naraz. Samostatný fragment chromozómu sa môže zdvojnásobiť alebo stratiť, čo spôsobuje vážne poruchy vo fungovaní tela vrátane smrti embrya v počiatočných štádiách vývoja.

Genomické mutácie viesť k zmene počtu chromozómov v dôsledku porušenia segregácie chromozómov počas meiotických delení. Neprítomnosť chromozómu alebo prítomnosť ďalšieho chromozómu vedie k nepriaznivým následkom. Najznámejším príkladom genómovej mutácie je Downov syndróm, vývojová porucha, ktorá nastáva, keď sa objaví ďalší 21. chromozóm. Takíto ľudia majú celkový počet chromozómov 47.

U prvokov a rastlín sa často pozoruje zvýšenie počtu chromozómov, ktoré je násobkom haploidného počtu. Táto zmena v sade chromozómov sa nazýva polyploidia. Vznik polyploidov je spojený najmä s nedisjunkciou homológnych chromozómov v meióze, v dôsledku čoho sa v diploidných organizmoch môžu vytvárať skôr diploidné ako haploidné gaméty.

Mutagénne faktory. Schopnosť mutovať je jednou z vlastností génov, takže mutácie sa môžu vyskytnúť vo všetkých organizmoch. Niektoré mutácie sú nezlučiteľné so životom a embryo, ktoré ich dostane, umiera v maternici, zatiaľ čo iné spôsobujú pretrvávajúce zmeny vlastností, ktoré sú v rôznej miere významné pre život jedinca. Za normálnych podmienok je frekvencia mutácií jednotlivého génu extrémne nízka (10 -5), ale existujú faktory prostredia, ktoré túto hodnotu výrazne zvyšujú a spôsobujú nezvratné poškodenie štruktúry génov a chromozómov. Faktory, ktorých vplyv na živé organizmy vedie k zvýšeniu počtu mutácií, sa nazývajú mutagénne faktory alebo mutagény.

Všetky mutagénne faktory možno rozdeliť do troch skupín.

Fyzikálne mutagény sú všetky druhy ionizujúceho žiarenia (y-lúče, röntgenové lúče), ultrafialové žiarenie, vysoké a nízke teploty.

Chemické mutagény- sú to analógy nukleových kyselín, peroxidy, soli ťažkých kovov (olovo, ortuť), kyselina dusitá a niektoré ďalšie látky. Mnohé z týchto zlúčenín spôsobujú problémy s replikáciou DNA. Látky používané v poľnohospodárstve na kontrolu škodcov a buriny (pesticídy a herbicídy), priemyselný odpad, niektoré potravinárske farbivá a konzervačné látky, niektoré lieky a zložky tabakového dymu majú mutagénny účinok.

V Rusku a ďalších krajinách sveta boli vytvorené špeciálne laboratóriá a inštitúty, ktoré testujú všetky nové syntetizované chemické zlúčeniny na mutagenitu.