Тема «Изменчивость организмов».
Изменчивость - способность живых организмов приобретать в течение жизни новые признаки и свойства. Различают два вида изменчивости: ненаследственную и наследственную.
| Ненаследственная (фенотипическая, модификационная, определённая) изменчивость | Наследственная (генотипическая, неопределённая) изменчивость |
| 1. Фенотип изменяется под действием факторов внешней среды, генотип не изменяется 2. По наследству не передаётся 3. Носит адаптивный (приспособительный) и массовый характер 4. Предсказуема и обратима 5. Пределы определяются нормой реакции | 1. Изменяется фенотип вследствие изменения генотипа 2. Передаётся по наследству 3. Носит случайный характер 4. Непредсказуема и необратима 5. Является основой разнообразия живых организмов и главной причиной эволюционного процесса(источник материала для естественного отбора) |
Биологическая роль изменчивости
| Биологическое значение | Ненаследственная изменчивость | Наследственная изменчивость |
| Значение для особи | повышает или понижает жизнеспособность, продуктивность, адаптацию особи | полезные изменения обеспечивают победу в борьбе за существование, вредные - приводят к гибели особи |
| Значение для вида | способствует выживанию вида | приводит к образованию новых популяций, видов в результате дивергенции |
| Значение для эволюции | формирует адаптации (приспособления) организмов к условиям окружающей среды | поставляет материал для естественного отбора |
Модификационная (фенотипическая) изменчивость — изменения признаков и свойств организма под влиянием факторов окружающей среды, которые не затрагивают гены и не могут передаваться следующим поколениям. Ненаследственные изменения ещё называют модификациями. Эволюционное значение модификационной изменчивости заключается в том, что она позволяет организмам адаптироваться в течение их онтогенеза к изменяющимся факторам внешней среды, выжить и, главное, - оставить после себя жизнеспособное потомство. Наряду с этим, модификации способствуют освоению популяцией (видом) новых местообитаний, что ведёт к расширению ареала данной группы организмов. Однако в случае действия экстремальных факторов (облучение, высокое содержание углекислого газа в воздухе, неожиданные заморозки, влияние ядовитых веществ) и т.д.) у организмов могут появится неадаптивные изменения признаков, приводящие к различного рода уродствам или даже к гибели.
Примеры модификационной изменчивости у человека: 1. увеличение уровня эритроцитов при подъеме в горы; 2. увеличение пигментации кожи при интенсивном воздействии ультрафиолетовых лучей; 3. развитие костно-мышечной системы в результате тренировок; 4. шрамы; 5. изменение массы тела человека в зависимости от калорийности питания.
Примеры модификационной изменчивости у насекомых и других животных: 1. изменение окраски у колорадского жука вследствие длительного влияния на их куколки высоких или низких температур; 2. смена окраски шерсти у некоторых млекопитающих при изменении погодных условий (например, у зайца); 3. различная окраска бабочек-нимфалид (например, Araschnia levana), развивавшихся при разной температуре; 4. повышение молочности коров при переводе их на полноценное питание.
Примеры модификационной изменчивости у растений: 1. различное строение подводных и надводных листьев у водяного лютика, стрелолиста и др.; 2. развитие низкорослых форм из семян равнинных растений, выращенных в горах.
Типы модификаций.
1. Адаптивные модификации (сезонные, возрастные, экологические) - ненаследственные изменения, приводящие к формированию адаптаций (приспособлений) у организмов к меняющимся условиям окружающей среды в ходе их онтогенеза.
2. Морфозы - ненаследственные и неадаптивные изменения (модификации) соматических клеток тела, вызванные экстремальными или необычными для вида факторами внешней среды. Необратимые морфозы возникают при воздействии вредных агентов (морфогенов: химических веществ, рентгеновского облучения, высоких температур) на ранние процессы эмбрионального развития организма, что приводит к отклонениям от нормы и формированию уродств. Примерами морфозов у человека является рождение детей с укороченными ластовидными руками, с непроходимостью кишечника, опухолью верхней губы, принявшее характер почти эпидемии в 1961 г. в ФРГ и некоторых странах Западной Европы и Америки. Причиной уродств послужило то, что матери в первые три месяца беременности принимали в качестве успокоительного препарата талидомид. Известен еще ряд веществ, вызывающих уродства развития у человека. К ним относятся хинин, галлюциноген ЛСД, наркотики, алкоголь. 32 % детей у матерей алкоголиков страдают карликовостью, микроцефалией, умственной отсталостью, имеют дефекты конечностей, суставов, пороки сердца, аномалии головы и лица.
Нередко морфозы фенотипически похожи на известные для этого вида мутации и называются они фенокопиями. Фенокопии - ненаследственное изменение фенотипа организма, вызванное факторами окружающей среды и копирующее проявление какого-либо известного наследственного изменения (мутации). В медицине фенокопии — ненаследственные болезни, сходные с наследственными. Распространенная причина фенокопий у млекопитающих — действие на беременных тератогенов различной природы, нарушающих эмбриональное развитие плода (генотип его при этом не затрагивается). При фенокопиях изменённый под действием внешних факторов признак копирует признаки другого генотипа (например, у человека приём алкоголя во время беременности приводит к комплексу нарушений, которые до некоторой степени могут копировать симптомы болезни Дауна).
3. Длительные модификации - модификационные изменения, передающиеся по наследству в течение нескольких поколений. Это явление обнаружил В.Иолос. Он воздействовал наинфузорий ядами слабой концентрации, что приводило к повышению устойчивости микроорганизмов к таким веществам. Это свойство сохранялось и у дочерних клеток, образовавшихся в результате бесполого размножения. Однако признак исчезал после первого же полового процесса у инфузорий. Известны такие случаи и у многоклеточных организмов. Так, при воздействии высокой или пониженной температуры на куколок колорадского картофельного жука окраска взрослых животных изменяется. Этот признак держится в нескольких поколениях, а затем происходит возвращение прежней окраски. Указанный признак передается в поколениях, если воздействию температурного фактора подвергались только самцы. Следовательно, длительные модификации наследуются по типу цитоплазматической наследственности. По-видимому, под влиянием того или иного внешнего фактора происходят изменения в тех частях цитоплазмы, которые затем могут авторепродуцироваться.
Норма реакции.
Невозможно менять признаки организма под влиянием факторов внешней среды до бесконечности. Модификационная изменчивость имеет пределы развития каждого признака (диапазон, размах изменчивости - от минимального до максимального значения признака), или норму реакции. Например, одомашненный японский перепел откладывает яйца, средний вес которых 10 г, но при усиленном белковом питании птицы вес яиц может достигать 13-15 г. Однако никогда вес нормального перепелиного яйца не бывает больше 16 г. Это верхний предел (нормы реакции), закреплённый в генотипе у всех птиц данного вида.
Диапазон изменчивости признака (норма реакции) может быть широкой (чаще всего у количественных признаков организма: рост и вес тела животных, человека, растений; вес семян, молочность крупнорогатого скота, яйценоскость кур, настриг шерсти с овец, размер листьев; урожайность зерновых) или узкой (чаще для качественных признаков организма или стабильных количественных: жирность молока, строение цветка, остистость и опушённость колоса, цвет радужной оболочки глаз человека, группы крови, половая принадлежность организма, размеры, форма и объем головного мозга, сердца, почек, желудка; окраска шерсти; количество пальцев на пятипалой конечности; количество и форма глаз, ушей).
Статистические закономерности модификационной изменчивости.
Для изучения изменчивости определенного признака составляют вариационный ряд и вариационную кривую. Варианта - есть единичное выражение какого-либо количественного признака. Вариационный ряд - ряд модификационной изменчивости признака, слагающийся из отдельных значений, расположенных в порядке увеличения или уменьшения количественного выражения признака (размеры листьев, число цветков в соцветии, изменение окраски шерсти). Число, показывающее, сколько раз данная варианта встречается в вариационном ряду, называется частотой и обозначается через «р».
Распределение вариант внутри вариационного ряда графически изображают в виде вариационной кривой. Вариационная кривая – это графическое изображение (колоколообразная кривая) изменчивости определенного признака, иллюстрирующее как размах изменчивости, так и частоту встречаемости отдельных вариант с вершиной в области среднего значения нормы реакции признака.
Вывод: Модификационная изменчивость характеризуется следующими основными свойствами:
1) ненаследуемость, т.е. признаки, приобретаемые в ходе онтогенеза, не передаются следующему поколению;
2) групповой (массовый) характер изменений, т.е. особи одного вида, помещенные в одинаковые условия, приобретают сходные признаки;
3) определенность (предсказуемость): конкретному действующему фактору среды соответствует определенная реакция фенотипа, свойственная данному генотипу (в большинстве случаев — всем представителям популяции данного вида).
4) большинство модификаций носит приспособительный (адаптивный) характер;
5) модификационные изменения возможны только в пределах нормы реакции, т.е. в конечном счёте они определяются генотипом организма.
6) изменения могут быть (чаще) обратимыми или (реже) необратимыми на уровне отдельного организма, в зависимости от механизма, посредством которого осуществляется данная форма изменчивости в конкретном случае. Пример обратимого изменения — приобретение и утрата загара; сезонная перемена шубы у зайца. Пример необратимого изменения — образование рубца на месте глубокой раны.
ИНТЕРЕСНЫЕ ФАКТЫ.
1. Убедительным доказательством того, что полученные в течение жизни признаки (модификации) не передаются по наследству, представил немецкий зоолог и дарвинист Август Вейсман (1913). Он просто отрезал хвосты у белых мышей, после чего скрещивал бесхвостых животных. Если следовать логике наследования приобретённых признаков, то удаление хвоста родителей до размножения неминуемо должно отразиться на длине хвостов потомства. Однако А.Вейсман, обследовав 1592 особи на протяжении 22 поколений и проведя тщательный статистический анализ, пришёл к выводу, что длина хвоста у потомства от прижизненного удаления его у родителей (причём до размножения) не уменьшается. Учёный объяснил это тем, что прижизненные изменения являются соматогенными, т.е. они затрагивают лишь соматические органы, не имеющие отношения к размножению. Тогда как передающиеся по наследству бластогенные изменения меняют свойства клеток генеративных органов.
2. Наряду с опытами А.Вейсмана с мышами можно найти немало аналогичных примеров из жизни людей, когда они сами словно ставят на себе генетические эксперименты. Известно, что многие жители экзотических стран имеют своё представление о красоте, часто не понимаемое другими. Для этого они всячески изменяют свою внешность. Например, девочкам обувают ногу в деревянную колодку, дабы она оставалась маленькой, или с детства надевают на шею кольца, чтобы постепенно удлинить её, подпиливают зубы или отрезают клитор - вариантов очень много! Не остаются в стороне и мужчины - они могут удлинять губы, вставляя в преддверие рта деревянную пластинку или протыкать носы. Во многих странах молодым людям наносят шрамы в виде ритуального узора. Однако дети у таких людей неизменно рождаются обычными - с нормальными ступнями, губами, носами и нетронутой кожей. Следовательно, ни одно из таких, приобретённых в ходе жизни "украшений" невозможно передать по наследству ни дочери, ни сыну, и каждому из них для этого приходится прибегать к механическим вмешательствам извне. Так же ясно, что сын известного культуриста с гипертрофированной мускулатурой без соответствующих тренировок не сможет обладать физическими качествами отца.
Задания по теме "Изменчивость. Модификационная изменчивость".
Задание №1.
1. Определите два признака, «выпадающих» из общего списка, и запишите в ответ цифры, под которыми они указаны.
1) мутационная
2) определенная
3) групповая
4) модификационная
5) комбинативная
2. Все приведённые ниже признаки, кроме двух, можно использовать для описания модификационной изменчивости. Определите два признака, «выпадающих» из общего списка, и запишите в ответ цифры, под которыми они указаны.
1) носит обратимый характер
2) передается по наследству
3) носит массовый характер
4) не связана с изменением хромосом
5) носит индивидуальный характер
3. Выберите два верных ответа из пяти. Какой вид изменчивости проявится у растений в засушливых зонах при их регулярном поливе
1) неопределенная
2) генотипическая
3) модификационная
4) мутационная
5) определенная
4. Выберите два верных ответа из пяти. Норма реакции
1) изменяет генотип организма
2) формирует в онтогенезе, в зависимости от условий среды, разные фенотипы
3) ведет к мутации
4) изменяет локусы генов
5) определяется генотипом организма
5. Выберите два верных ответа из пяти. В наибольшей степени может изменяться под влиянием условий среды такой признак, (из перечисленных), как
1) цвет глаз
2) расовая принадлежность
3) количество пальцев на руках у человека
4) масса тела
5) количество молока у коровы
6. Ниже приведён перечень характеристик изменчивости. Все они, кроме двух, используются для описания модификационной изменчивости. Найдите две характеристики, «выпадающие» из общего ряда, и запишите в ответ цифры, под которыми они указаны.
1) возникает в пределах нормы реакции признака
2) обусловлена действием радиации
3) формируется при потере участка хромосомы нуклеотидной последовательности
4) имеет групповой характер
5) формируется под действием факторов среды
7. Выберите два верных ответа из пяти. Изменение яйценоскости кур в определённых пределах, зависящих от условий содержания, рациона кормления, — это проявление
1) мутационной изменчивости
2) адаптации
3) нормы реакции признака
4) модификационной изменчивости
5) саморегуляции
8. В условиях тропической Африки у капусты белокочанной не образуются кочаны. Какая форма изменчивости проявляется в данном случае?
1) комбинативная
2) модификационная
3) наследственная
4) мутационная
5) фенотипическая
9. Выберите два верных ответа из пяти. Укажите пример, иллюстрирующий норму реакции организма.
1) Среди стаи сизых голубей появился один белый голубь
2) У некоторых мух дрозофил встречаются белые глаза
3) Удойность коровы при очень хорошем уходе не превышала 4000 л молока в год
4) Гемофилией болеют преимущественно мужчины
5) У сосен, растущих на морском побережье, развиваются «флаговые кроны»
10. Выберите два верных ответа из пяти. Широкой нормой реакции обладает такой признак, как
1) строение глаза человека
2) предупреждающая окраска пчелы
3) форма крыльев бабочки павлиний глаз
4) высота тополей
5) масса тела крупного рогатого скота
11. Все приведённые ниже признаки, кроме двух, можно использовать для примера модификационной изменчивости организма. Определите два признака, «выпадающих» из общего списка, и запишите в ответ цифры, под которыми они указаны.
1) Ягнят воспитывали в холоде, и у них стала гуще шерсть.
2) Среди красноглазых дрозофил появились белоглазые.
3) Человек загорел на пляже.
4) Появление устойчивых к антибиотику бактерий.
5) При хорошем уходе удойность коров повысилась.
12. Выберите два верных ответа из пяти. Если у горностаевого кролика на определённом участке тела выщипать белую шерсть и воздействовать на него холодом, то на этом месте вырастет чёрная шерсть. Как называют такую изменчивость?
1) модификационная
2) фенотипическая
3) комбинативная
4) геномная
5) мутационная
13. Все приведённые ниже характеристики, кроме двух, используют для описания генотипической изменчивости. Определите две характеристики, «выпадающих» из общего списка, и запишите в таблицу цифры, под которыми они указаны.
1) изменения происходят в пределах нормы реакции
2) обусловлена различными комбинациями гамет при оплодотворении
3) групповая изменчивость
4) может быть генной, хромосомной и геномной
5) обусловлена кроссинговером
14. Установите соответствие между признаком и диапазоном его нормы реакции: к каждой позиции, данной в первом столбце, подберите соответствующую позицию из второго столбца.
| ПРИЗНАК | ДИАПАЗОН | |
| А) строение глаза насекомого Б) удойность коровы В) урожайность пшеницы Г) масса тела человека Д) количество пальцев на руках | 1)узкая норма реакции 2)широкая норма реакции |
Запишите в ответ цифры, расположив их в порядке, соответствующем буквам:
| A | Б | В | Г | Д |
15. Установите соответствие между характеристиками изменчивости и её видами: к каждой позиции, данной в первом столбце, подберите соответствующую позицию из второго столбца.
| ХАРАКТЕРИСТИКИ ИЗМЕНЧИВОСТИ | ВИДЫИЗМЕНЧИВОСТИ | |
| А) изменяет фенотип в пределах нормы реакции Б) передаётся по наследству В) затрагивает гены, хромосомы Г) вызывает одинаковые изменения у всех особей вида Д) вызывает индивидуальные изменения Е) адаптивна к условиям среды | 1) мутационная 2) модификационная |
Запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.
| A | Б | В | Г | Д | Е |
16. Установите соответствие между характеристиками и формами изменчивости: к каждой позиции, данной в первом столбце, подберите соответствующую позицию из второго столбца.
| ХАРАКТЕРИСТИКА | ФОРМА | |
| А) бывает генной, хромосомной и геномной Б) изменения в пределах нормы реакции В) изменения носят случайный характер Г) изменения затрагивают генетический материал Д) всегда обусловлена влиянием факторов среды | 1) мутационная 2) модификационная |
Запишите в ответ цифры, расположив их в порядке, соответствующем буквам:
| А | Б | В | Г | Д | Е |
17. Установите соответствие между примерами и видами изменчивости: к каждой позиции, данной в первом столбце, подберите соответствующую позицию из второго столбца.
| ПРИМЕРЫ | ВИДЫИЗМЕНЧИВОСТИ | |
| А) независимое расхождение хромосом в мейозе Б) кроссинговер В) изменение массы тела при занятии спортом Г) увеличение надоев молока у коров при усиленном кормлении Д) появление загара Е) случайность слияния гамет при оплодотворении | 1) генотипическая 2) фенотипическая |
Запишите в ответ цифры, расположив их в порядке, соответствующем буквам:
| А | Б | В | Г | Д | Е |
Задание №2.
Используя разные источники информации найдите по три примера адаптивных модификаций, морфозов и длительных модификаций и запишите их в рабочую тетрадь. Примеры не должны повторять материал, выданный учителем.