30. Изменчивость: наследственная и ненаследственная

Определения и обозначения

Изменчивость — способность организмов приобретать различия между собой и отличия от родителей. Она проявляется в разнообразии признаков особей одного вида. Благодаря изменчивости живые организмы не являются точными копиями друг друга, а популяции могут отвечать на изменения среды.

Наследственная изменчивость — изменения признаков, связанные с изменениями генотипа и способные передаваться потомству. Генотип — совокупность наследственной информации организма, а признак может измениться из-за мутации или нового сочетания генов. Это понятие помогает понять, какие различия могут сохраняться в следующих поколениях.

Ненаследственная, или модификационная, изменчивость — изменение фенотипа под влиянием условий среды, которое не сопровождается изменением генотипа. Фенотип — совокупность наблюдаемых признаков организма; например, освещение может повлиять на размер листьев. Термин нужен, чтобы отличать приобретённое проявление признака от изменения наследственной информации.

Норма реакции — диапазон возможных проявлений признака у организма с данным генотипом в разных условиях среды. Например, питание влияет на массу тела, но не может изменить её произвольно: возможности ограничены наследственностью. Норма реакции показывает и влияние среды, и границы, заданные генотипом.

Как это устроено

Изменчивость бывает наследственной и ненаследственной, потому что различаются причины появления признаков. В первом случае меняется генотип, во втором условия среды влияют на то, как уже имеющаяся наследственная информация проявляется в фенотипе. Поэтому похожее внешнее различие не всегда имеет одинаковую природу. Чтобы определить форму изменчивости, нужно выяснить, изменился ли генетический материал.

Модификации возникают, когда фактор среды влияет на развитие или работу организма. Например, солнечный свет стимулирует образование пигмента в коже, и она темнеет. Обычно такое изменение обратимо: когда воздействие прекращается, проявление признака может постепенно вернуться к прежнему состоянию. Потомству оно не передаётся, потому что приобретённый загар не меняет генотип, который наследуется при размножении.

Среда не может вызвать любое изменение признака: возможные варианты ограничены генотипом. Этот предел называют нормой реакции, а конкретное проявление внутри него зависит от условий. У растений одного вида размер листьев может заметно меняться при разном освещении, поэтому для такого признака характерна широкая норма реакции. Напротив, группа крови обычно не меняется под воздействием обычных условий среды, то есть её норма реакции узкая.

Наследственная изменчивость появляется, когда меняется наследственная информация или её сочетание. При комбинативной изменчивости новые комбинации генов возникают из уже имеющихся вариантов, например при образовании половых клеток и их слиянии. Мутационная изменчивость связана с мутациями — изменениями генетического материала. В обоих случаях результат может оказаться наследственным, но причины различны: новые сочетания генов или изменение самих генов и других участков генома.

Две формы изменчивости важны по-разному. Модификации позволяют организму отвечать на условия среды в течение собственной жизни, не ожидая смены поколений. Наследственные различия могут сохраняться у потомков, поэтому на них действует естественный отбор: более подходящие в данных условиях варианты чаще оставляют потомство. Так изменчивость обеспечивает и гибкость отдельного организма, и материал для эволюции популяций.

Сравнение наследственной и ненаследственной изменчивости

Сначала сравните причину и то, что именно изменилось: генотип или только фенотип. Затем проверьте, может ли изменение передаться потомству и зависит ли оно от условий среды. Отдельный признак не всегда позволяет сразу сделать вывод, поэтому полезно рассматривать всю цепочку причин.

Разбор задач

Задача 1. У загоревшего человека кожа стала темнее. Определите форму изменчивости и укажите, передастся ли это изменение потомству. Чтобы ответить, нужно отделить заметное изменение внешнего признака от изменения наследственной информации. Само по себе появление нового оттенка кожи ещё не говорит о том, что генотип изменился.

1. Установите причину: потемнение вызвано ультрафиолетовым излучением, то есть воздействием среды.
2. Определите, что изменилось: загар меняет проявление признака, но не генотип.
3. Сделайте вывод о наследовании: приобретённое изменение не передаётся потомству.

Ответ: это модификационная изменчивость; загар детям не наследуется. Потомки могут унаследовать генетически обусловленные особенности кожи, но не приобретённый оттенок после пребывания на солнце. Когда воздействие ультрафиолета прекращается, загар обычно постепенно исчезает.

Задача 2. У растений одного вида при разном освещении сформировались листья разного размера. Объясните, почему различия не выходят за пределы нормы реакции. В условии названы и одинаковая принадлежность к виду, и фактор среды — освещение. Значит, нужно объяснить, как среда влияет на признак, не подменяя это изменение наследственным различием.

1. Свяжите различия с причиной: освещение влияет на развитие листьев, поэтому их размер может меняться.
2. Проверьте, изменился ли генотип: из условия следует влияние среды, а не изменение наследственной информации.
3. Объясните пределы: генотип растения задаёт диапазон размеров, возможных при разных условиях.

Ответ: размер листьев меняется в пределах нормы реакции, потому что среда влияет на развитие признака, а генотип ограничивает возможные варианты. При изменении освещения проявление может быть другим, но это не означает, что растение способно сформировать листья любого размера. Различия сами по себе не свидетельствуют о наследственной изменчивости.

Задача 3. В потомстве двух родителей обнаружены новые сочетания признаков, а у одного потомка — признак, возникший из-за изменения гена. Разграничьте причины наследственной изменчивости в обоих случаях. Важно не смешивать появление новой комбинации признаков с возникновением нового изменения в генетическом материале. Для этого отдельно рассмотрим каждый результат.

1. Новые сочетания признаков объясните комбинативной изменчивостью: при образовании потомства по-новому сочетаются гены родителей.
2. Признак из-за изменения гена отнесите к мутационной изменчивости: его причина — мутация.
3. Сравните результаты: в первом случае комбинируются имеющиеся варианты генов, во втором изменяется генетический материал.

Ответ: новые сочетания признаков — результат комбинативной изменчивости, а признак, возникший вследствие изменения гена, — мутационной. Оба случая относятся к наследственной изменчивости, поскольку связаны с генотипом. Однако механизм появления различий у них разный.

Типичные ошибки

Ошибка: считать любое приобретённое при жизни изменение наследственным. Её допускают, потому что изменение заметно у организма и кажется новым признаком. Но приобретение признака ещё не доказывает изменения генотипа: загар возникает под влиянием среды. Проверьте себя вопросом: есть ли основание считать, что изменилась наследственная информация?

Ошибка: полагать, что модификационные изменения передаются потомству. Путают появление признака у родителя и его наследование детьми. Обычно потомки получают генотип, а не приобретённое под влиянием среды проявление; например, загар родителя не делает новорождённого загорелым. Для проверки выясните, может ли признак возникнуть у потомка без такого же воздействия среды на родителя.

Ошибка: смешивать норму реакции с конкретным проявлением признака. Например, размер листа при определённом освещении — это конкретный результат, а не весь диапазон возможных размеров. Путаница возникает потому, что оба понятия описывают один признак. Проверьте себя: норма реакции должна включать варианты проявления данного генотипа в разных условиях.

Ошибка: отождествлять комбинативную изменчивость с мутационной. В обоих случаях появляются наследственные различия, поэтому механизмы легко перепутать. Однако комбинативная изменчивость создаёт новые сочетания уже имеющихся генов, а мутационная связана с мутациями. Проверьте ответ: если генетический материал изменился — речь о мутации; если иначе соединились имеющиеся варианты — о комбинации.

Связь с другими темами

Для понимания изменчивости понадобятся понятия генотипа и фенотипа, гена и аллеля, а также знания о наследовании признаков и влиянии условий среды. Генотип помогает определить, какая наследственная информация есть у организма, а фенотип показывает, как она проявилась. Это различие позволяет не путать изменения наследственного материала с модификациями.

Дальше тема связана с изучением мутаций, естественного отбора, адаптаций и механизмов эволюции. Мутации дают новые наследственные варианты, а отбор влияет на их распространение в популяции. Модификации, в свою очередь, показывают, как организм реагирует на среду в течение жизни, не изменяя генотип.

Что запомнить

• Изменчивость бывает наследственной и ненаследственной.
• Наследственная изменчивость связана с изменением генотипа.
• Комбинативная изменчивость возникает благодаря новым сочетаниям генов.
• Мутационная изменчивость обусловлена мутациями.
• Модификационная изменчивость возникает под воздействием среды и обычно не наследуется.
• Норма реакции задаёт пределы проявления признака у данного генотипа.