§ 6. Наследственная изменчивость — исходный материал для эволюции

Определения и обозначения

Наследственная изменчивость — изменения признаков, которые могут передаваться от родителей потомкам. Это определение помогает отличить наследуемые различия от тех, что появляются только под влиянием условий жизни. Именно наследуемые признаки могут сохраняться в ряду поколений.

Мутационная изменчивость — форма наследственной изменчивости, возникающая вследствие мутаций. Она важна потому, что может добавить в популяцию ранее отсутствовавший наследственный вариант. Его дальнейшая судьба зависит от того, как он влияет на организм.

Комбинативная изменчивость — появление новых сочетаний генов при половом размножении. Она нужна для объяснения того, почему потомки одних родителей могут различаться, даже если у них не возникло новых мутаций. Варианты генов уже есть у родителей, но у потомков они собраны по-разному.

Мутация — устойчивое изменение генетического материала, то есть ДНК или структуры и числа хромосом. Устойчивость означает, что изменение может сохраняться при передаче наследственной информации клеткам и потомкам. Поэтому мутацию рассматривают как источник новых наследуемых вариантов, а не как временную реакцию организма.

Как это устроено

Для эволюции недостаточно того, что организмы размножаются: между ними должны существовать наследуемые различия. Если все особи одинаковы по признаку и одинаково передают его потомкам, естественному отбору нечего менять. Когда же варианты влияют на успех выживания или размножения, их носители оставляют неодинаковое число потомков, и состав популяции может измениться.

Мутации изменяют генетический материал и тем самым могут создавать варианты, которых раньше не было. Они возникают не потому, что организму требуется приспособиться, а независимо от его потребностей. Поэтому мутация, полезная в одних условиях, может оказаться нейтральной или вредной в других; её появление и её последующая судьба — разные процессы.

Комбинативная изменчивость появляется благодаря нескольким событиям полового размножения. При кроссинговере гомологичные хромосомы обмениваются участками, поэтому связанные с ними варианты генов могут соединиться по-новому. Во время мейоза хромосомы независимо расходятся в половые клетки, а затем любая гамета может случайно слиться с другой; так у потомка возникает уникальное сочетание родительских вариантов.

Мутационная и комбинативная изменчивость дают разнообразие разными путями. Мутации создают новые наследственные варианты, тогда как комбинативные процессы обычно не добавляют новых генов, а перекомбинируют уже имеющиеся. Поэтому даже без новой мутации потомство может отличаться от родителей и друг от друга.

Естественный отбор действует на организмы в конкретных условиях среды. Если наследуемый вариант помогает его носителям чаще выживать и оставлять потомство, он с большей вероятностью передастся следующим поколениям и может стать более частым. Отбор не создаёт подходящую мутацию заранее: он влияет на распространение вариантов после их возникновения.

Формы наследственной изменчивости и их происхождение

Сравнивайте формы по источнику различий и спрашивайте, появились ли новые варианты или изменилось их сочетание. В обоих случаях разнообразие может стать материалом для отбора, если различия наследуются и влияют на успех организмов.

Разбор задач

Задача 1. У потомков одного родительского растения обнаружены разные наследуемые варианты признака. Нужно объяснить, почему эти различия могут стать материалом естественного отбора.

1. Сначала проверяем, наследуются ли различия. По условию они передаются потомкам, значит, могут сохраняться в следующих поколениях.
2. Затем выясняем, могут ли варианты влиять на выживание или размножение в данных условиях. Если один вариант даёт преимущество, его носители в среднем оставят больше потомства.
3. Потомки успешных особей унаследуют соответствующий вариант. Поэтому его частота в популяции может увеличиться.

Ответ: наследуемые варианты могут по-разному влиять на успех растений, поэтому естественный отбор способен сохранять и распространять те из них, которые дают преимущество в конкретной среде.

Задача 2. У потомка возникло новое сочетание родительских признаков. Нужно назвать процессы полового размножения, которые могли его создать.

1. Рассматриваем мейоз: при кроссинговере гомологичные хромосомы обмениваются участками. Это позволяет соединить варианты генов в сочетаниях, которых не было у исходных хромосом.
2. Учитываем независимое расхождение хромосом при мейозе. В разные гаметы попадают разные комбинации материнских и отцовских хромосом.
3. Наконец, при оплодотворении случайно сливаются две гаметы. Их сочетание создаёт у потомка дополнительную комбинацию родительских наследственных вариантов.

Ответ: новое сочетание могло возникнуть благодаря кроссинговеру, независимому расхождению хромосом и случайному слиянию гамет; эти процессы относятся к комбинативной изменчивости.

Задача 3. В популяции возникла мутация, а затем изменились условия среды. Нужно определить, когда частота нового варианта может возрасти.

1. Разделяем появление мутации и её распространение. Мутация возникла случайно по отношению к потребностям организма, а изменение среды само по себе не заставляет нужный вариант появиться.
2. Оцениваем новый вариант в изменившихся условиях. Если он повышает шансы носителей выжить или оставить потомство, такие особи могут получить преимущество.
3. Проверяем, передаётся ли вариант потомкам и сохраняется ли преимущество на протяжении поколений. Тогда отбор может способствовать увеличению его частоты в популяции.

Ответ: частота мутации может увеличиться, если её носители в новых условиях успешнее размножаются и передают этот вариант потомкам. Само возникновение мутации случайно, а её распространение связано с действием отбора и не гарантировано.

Типичные ошибки

Ошибочно считать, что мутация появляется, потому что организму нужен полезный признак. Так думают, путая возникновение наследственного варианта с его распространением под действием отбора. Проверьте себя вопросом: мог ли тот же вариант возникнуть до изменения среды или оказаться бесполезным в ней? Мутации не подстраиваются заранее под потребности организма.

Комбинативную изменчивость иногда называют появлением новых генов. Это происходит из-за смешения понятий «новый ген» и «новое сочетание вариантов генов». Чтобы не ошибиться, выясните, возникло ли изменение самого генетического материала или по-новому соединились уже имевшиеся варианты. Обычно при комбинативной изменчивости происходит второе.

Нельзя смешивать наследственную изменчивость с модификационной. Признак может измениться под влиянием среды, но такое изменение не обязательно затрагивает генетический материал и передаётся потомкам. Ошибку помогает проверить вопрос о наследовании: сохраняется ли различие у потомства при сопоставимых условиях? Если нет, само наблюдаемое изменение не доказывает наследственную изменчивость.

Неверно утверждать, что любая мутация полезна или обязательно закрепляется в популяции. Так считают, если забывают, что изменения могут быть нейтральными или вредными, а полезный вариант ещё должен передаться потомкам. Проверьте себя: полезен ли он именно в данных условиях и повышает ли успех размножения носителей? Даже тогда его распространение не является безусловным.

Связь с другими темами

Чтобы разбираться в наследственной изменчивости, нужно знать, как устроены ген и хромосома: мутации затрагивают генетический материал, а гены расположены в хромосомах. Основы мейоза объясняют кроссинговер и расхождение хромосом. Знание полового размножения помогает понять, почему случайное сочетание гамет создаёт разнообразное потомство.

Эта тема служит основой для изучения естественного отбора, популяций и механизмов эволюции. Наследуемые различия возникают у особей, а отбор меняет распространённость вариантов в популяции. Так связываются индивидуальные признаки организмов и эволюционные изменения, происходящие в поколениях.

Что запомнить

• Наследственная изменчивость передаётся потомкам.
• Мутации создают новые наследственные варианты.
• Комбинативная изменчивость создаёт новые сочетания генов.
• Мутации возникают случайно по отношению к потребностям организма.
• Наследственная изменчивость — материал для естественного отбора.
• Отбор влияет на распространение вариантов, но не задаёт направление возникновения мутаций.