Признаки организмов подразделяются на качественные (цвет глаз и волос у человека, масть животных, окраска семян и др.) и количественные (рост человека, масса тела животных, высота стебля и размер листьев растений и др.). Для характеристики степени изменчивости количественных признаков применяют статистические методы — построение вариационного ряда и вариационной кривой.
Например, количество колосков в сложных колосьях пшеницы одного сорта варьирует в широких пределах. Если расположить колосья по возрастанию количества колосков, то получится вариационный ряд изменчивости данного признака, состоящий из отдельных вариант. Частота встречаемости отдельной варианты в вариационном ряду неодинакова: наиболее часто встречаются колосья со средним числом колосков и реже — с большим и меньшим.
То есть, модификационная изменчивость подчиняется определенным статистическим закономерностям. Границы модификационной изменчивости признака определяются генотипом и называются нормой реакции.Норма реакции имеет определенные пределы для каждого признака.
Для изучения изменчивости определенного признака составляют вариационный (от лат. Вариатио — изменение) ряд — последовательность количественных показателей определенного варианта признаки (вариант), расположенных в порядке возрастания или убывания (Рис.5.1).
Рис.5.1. Вариационный ряд листьев лавровишни (цифрами показана длина листа)
Длина ряда свидетельствует о размахе модификационной изменчивости. Он зависит от условий окружающей среды: чем они стабильнее, тем короче вариационный ряд, и наоборот.
Наибольшее количество вариант приходится на среднюю часть ряда, то есть среднее значение определенного признака. Такое распределение объясняется тем, что минимальные и максимальные значения признаки проявляются, когда большинство экологических факторов действует в одном направлении: наиболее или наименее благоприятном. Но, как правило, одни факторы способствуют развитию признаки, другие, наоборот, тормозят. Именно поэтому степень развития определенного признака у большинства особей популяции и вида средняя. Так, большинство людей имеет средний рост, и лишь немногие из них великаны или карлики.
Распределение вариант можно изобразить графически в виде вариационной кривой (Рис.5.2).
V — варианты признака,
Р — частота встречаемости вариантов признака,
Мо — мода, или наиболее часто встречаемое значение признака,
lim — пределы модификационной изменчивости признака (норма реакции)
Рис.5.2. Вариационная кривая
Вариационная кривая — графическое изображение количественных показателей изменчивости определенного признака.
Вариационная кривая показывает пределы модификационной изменчивости и частоту встречаемости отдельных вариант. С ее помощью можно установить средние показатели и нормы реакции определенного признака (Рис.3).
Пределы от минимального до максимального значения, в которых возможно изменение признака у данного генотипа – это норма реакции.
Ряд изменчивости признака - вариационный ряд.
Итак, сущность популяционно-статистического метода заключается в следующем:
1. определение единичного значения признака (варианты проявления признака - V) у каждого организма выбранной группы;
2. определение частоты встречаемости каждой варианты (Р);
3. построение вариационного ряда, отражающего постепенное увеличение значения признака от минимального значения до максимального значения;
4. построение вариационной кривой – графической зависимости между значением вариант и частотой их встречаемости;
5. определение среднего значения признака (Мо) и нормы реакции генотипа на изменение окружающей среды (lim);
6. выявление полученных закономерностей.
Изменчивость организмов, возникающая под влиянием факторов внешней среды и не затрагивающая генотипа, называется модификационной.
Ее второе название – фенотипическая, т.к. под влиянием внешней среды происходит изменение фенотипа, а генотип не меняется.Благодаря фенотипической изменчивости популяция может выжить в среде, изменившейся неблагоприятным образом.
Примером, иллюстрирующим влияние внешней среды на проявление признаков, служит изменение окраски шерсти угималайских кроликов (Рис.5.3.).
Рис.5.3. Изменение окраски шерсти угималайских кроликов:
1 – кролик, выращенный при температуре свыше 30 ° С,
2 – кролик, выращенный при обычной температуре (около 20 °С),
3 и 4 – кролики, у которых участок кожи после выщипывания шерсти охлаждали.
Обычно при 20°С шерсть у них на всем теле белая, за исключением черных ушей, лап, хвоста и мордочки. При 30°С кролики вырастают полностью белыми. Если же у гималайского кролика сбрить шерсть на боку или спине и содержать его при температуре воздуха 20°С, то вместо белой шерсти вырастет черная. Если сбрить шерсть на ухе, то и при обычной температуре там снова вырастет черная шерсть. Следовательно, для каждой области тела у кролика есть свой температурный порог.
Эти наблюдения объясняют, почему гималайские кролики рождаются полностью белыми: их эмбриональное развитие происходит в условиях высокой температуры.
Модификационная изменчивость характеризуется рядом особенностей.
1. Модификации часто носят обратимый характер, т. е. со сменой внешних условий у особей меняется степень выраженности тех или иных признаков. Например, у взрослого человека в зависимости от питания и образа жизни изменяется масса тела, у коров могут изменяться удои, у кур — яйценоскость.
2. В большинстве случаев модификации носят адекватный характер, т. е. степень выраженности признака находится в прямой зависимости от интенсивности и продолжительности действия того или иного фактора. Например, чем больше времени человек проводит под прямыми солнечными лучами, тем больше меланина синтезируется в открытых участках кожи и соответственно темнее ее цвет. Поэтому модификационную изменчивость еще называют определенной.
3. Модификации носят адаптивный (приспособительный) характер. Это означает, что в ответ на изменившиеся условия среды у особи проявляются такие фенотипические изменения, которые способствуют ее выживанию. Например, у человека, оказавшегося высоко в горах, увеличивается содержание эритроцитов в крови, чтобы обеспечить клетки тела кислородом.
4. Одним из основных свойств модификаций является их массовость. Это выражается в том, что один и тот же фактор вызывает примерно одинаковые изменения у особей, сходных генотипически. Поэтому модификационную изменчивость называют групповой. Например, при перемещении овец в более холодные условия у всех особей шерсть становится более густой.