§ 27. Ненаследственная изменчивость. Норма реакции

Определения и обозначения

Ненаследственная изменчивость (модификационная изменчивость) — изменения признаков организма под влиянием условий среды, не затрагивающие его генотип. Иначе говоря, меняется не наследственная информация, а то, как признак проявился в конкретных условиях. Это понятие помогает объяснить различия между организмами, выросшими в неодинаковой среде. Например, растение может вырасти ниже при недостатке воды.

Модификация — конкретное изменение признака, возникшее у организма под воздействием среды. Так называют результат действия определённого условия, например изменение окраски кожи под действием солнечного света. Обычно модификация не передаётся потомству, потому что сама по себе не меняет генотип. Это различие позволяет не путать приобретённое состояние организма с наследуемой особенностью.

Норма реакции — пределы, в которых признак данного генотипа может изменяться под влиянием условий среды. Она показывает возможный диапазон проявлений признака, а не его единственное значение. Понятие нужно, чтобы понять, почему один и тот же генотип в разных условиях может давать разные результаты. При этом изменение не становится бесконечным: его ограничивают свойства генотипа.

Вариационный ряд и вариационная кривая — способы упорядочить и наглядно представить значения количественного признака в группе организмов. В ряду значения располагают по возрастанию или убыванию, а кривая показывает, как часто встречается каждое из них. Эти способы помогают сравнивать организмы не только на глаз, но и по измерениям. По ним можно увидеть, какие значения распространены чаще, а какие встречаются редко.

Как это устроено

Условия среды влияют на работу организма, поэтому могут менять проявление признаков. Если растению не хватает света, его рост и строение листьев могут отличаться от растений, получавших достаточно освещения. Питание влияет на обеспеченность организма веществами и энергией, а температура — на скорость процессов в клетках. Генотип при этом может оставаться прежним: изменяется результат его проявления в конкретной обстановке.

Модификации обычно не наследуются, потому что связаны с изменением проявления признака, а не с перестройкой генотипа. Например, приобретённое вследствие условий состояние тела не становится автоматически наследственной инструкцией для потомства. Потомок получает наследственную информацию от родителей, а не каждое изменение, возникшее в их жизни. Поэтому наследуются генотип и заданные им возможности реакции на среду, а не сама модификация.

Один генотип способен проявляться по-разному, потому что среда влияет на развитие организма. Но влияние среды не безгранично: потенциальные варианты проявления признака задаются нормой реакции. Если условия изменяются, признак может смещаться внутри этого диапазона. За его пределами среда не может произвольно создать любое значение, поскольку развитие ограничено наследственными особенностями организма.

Признаки различаются по тому, насколько сильно их проявление зависит от среды, поэтому нормы реакции бывают разной ширины. Количественные признаки, например масса, часто зависят от питания и других условий сильнее. Качественные признаки, например группа крови, обычно в обычных условиях среды остаются постоянными. Сравнивая признаки, важно учитывать не только условия, но и характер самого признака.

Чтобы изучить изменчивость количественного признака, его измеряют у многих организмов и упорядочивают результаты. Полученный список значений называют вариационным рядом, а их частоты можно представить вариационной кривой. Частота показывает, сколько раз встретилось каждое значение. Обычно средние значения наблюдаются чаще крайних, поэтому на кривой середина оказывается выше, а края — ниже.

Сравнение модификационной и наследственной изменчивости

Пользуйся таблицей, чтобы сравнить не только результат, но и его причину: прежде всего выясни, изменился ли генотип. Затем оцени, зависит ли проявление признака от условий и может ли различие передаваться потомству. Среда может влиять на проявление наследственного признака, поэтому одно лишь наблюдение различий не всегда позволяет определить их причину.

Разбор задач

Задача 1. Листья одного вида растения, выросшие на свету и в тени, различаются размером. Нужно определить возможную причину различий и решить, обязательно ли они наследуются. Для начала важно отделить наблюдаемое различие от его причины: одинаковый вид ещё не означает, что все растения развивались в одинаковых условиях. В условии прямо указано, что различается освещённость.

1. Сопоставляем условия: одни листья формировались на свету, другие — в тени.
2. Связываем различие в размере с воздействием освещённости на развитие листа.
3. Поскольку речь идёт о проявлении признака, а не о доказанном изменении генотипа, относим пример к возможной модификационной изменчивости.
4. Уточняем наследование: приобретённое различие не обязано передаваться потомству, так как модификация обычно не меняет генотип.

Ответ: возможная причина — разная освещённость; различие размера листьев может быть модификацией и не наследуется обязательно. Чтобы доказать наследственную причину, понадобились бы дополнительные сведения о генотипах и выращивании потомства в одинаковых условиях.

Задача 2. У растений одного сорта измерили высоту: 18, 20, 20, 21, 21, 21, 23, 25 см. Нужно составить вариационный ряд и назвать наиболее частое значение. Здесь важно не перепутать ряд значений с кривой частот: сначала приводим измерения в порядок, затем считаем повторы. Записи уже расположены по возрастанию, но частоту каждого значения всё равно нужно проверить.

1. Записываем значения от меньшего к большему: 18, 20, 20, 21, 21, 21, 23, 25 см.
2. Подсчитываем повторы: 18, 23 и 25 встречаются по одному разу; 20 — два раза; 21 — три раза.
3. Сравниваем частоты: наибольшая частота равна трём и относится к значению 21 см.
4. Отличаем результат от вариационной кривой: ряд — список измерений, а кривая показывала бы частоту каждого значения графически.

Ответ: вариационный ряд — 18, 20, 20, 21, 21, 21, 23, 25 см; наиболее часто встречается высота 21 см. Если изобразить данные кривой частот, для 21 см отметили бы частоту 3.

Задача 3. В одинаковых условиях выращивали растения двух генотипов. Высота первого менялась от 15 до 24 см, второго — от 18 до 21 см. Требуется сравнить нормы реакции и объяснить роль среды и генотипа. Одинаковые условия выращивания позволяют сопоставить диапазоны проявления признака, но не дают основания приписывать различия только одному фактору.

1. Находим ширину диапазона первого генотипа: 24 − 15 = 9 см.
2. Находим ширину диапазона второго генотипа: 21 − 18 = 3 см.
3. Сравниваем значения: в этих данных диапазон первого генотипа шире, поэтому его норма реакции по высоте шире.
4. Делаем осторожный вывод: генотипы задают разные пределы проявления признака, а среда может влиять на конкретную высоту внутри этих пределов.

Ответ: у первого генотипа диапазон составляет 9 см, у второго — 3 см; первый диапазон шире. Это не доказывает, что конкретное растение имеет определённый генотип или что приобретённое изменение наследуется: ширина нормы реакции описывает возможный диапазон признака.

Типичные ошибки

Ошибка — считать, что любое приобретённое изменение передаётся потомству. Так думают, если смешивают заметное изменение тела с изменением наследственной информации. Проверь себя вопросом: есть ли основания говорить, что изменился генотип? Если речь только о результате воздействия среды, сама модификация обычно не наследуется.

Нередко норму реакции путают с конкретной модификацией. Это происходит потому, что оба понятия связаны с изменением признака под действием среды. Различай возможный диапазон проявлений и фактическое изменение у отдельного организма: первое — норма реакции, второе — модификация. Для самопроверки спроси, описываешь ты пределы или уже наблюдаемое значение.

Ещё одна ошибка — считать, что среда может менять признак без ограничений. Такое представление упускает роль генотипа, который задаёт пределы проявления признака. Проверка проста: если утверждение допускает любое изменение при любых условиях, вспомни о норме реакции. Среда влияет на признак внутри доступного диапазона.

Различия между организмами иногда приписывают только среде или только генотипу. Так бывает, когда замечают один фактор и не проверяют остальные условия сравнения. Чтобы проверить вывод, уточни, одинаковы ли условия и есть ли сведения о наследственных особенностях организмов. Для объяснения различий часто нужно учитывать одновременно генотип и среду.

Связь с другими темами

Для понимания темы нужны представления о генотипе и фенотипе: генотип хранит наследственную информацию, а фенотип — совокупность проявившихся признаков. Также важно знать, что на развитие действуют условия среды. Эти понятия помогают отличать наследственную основу признака от того, как он проявился в конкретных условиях.

Разделение изменчивости на наследственную и ненаследственную пригодится при дальнейшем изучении генетики и эволюции. Оно позволяет точнее объяснять, какие различия могут передаваться потомкам, а какие возникают при жизни организма. При этом нельзя делать вывод о наследовании только по внешнему сходству или различию.

Вариационный ряд и вариационная кривая нужны при анализе количественных признаков и результатов биологических наблюдений. Они помогают упорядочивать измерения и видеть, какие значения встречаются чаще. Такой подход полезен, когда сравнивают группы организмов или оценивают изменчивость признака.

Что запомнить

• Модификационная изменчивость возникает под влиянием среды.
• Модификация обычно не затрагивает генотип и не наследуется.
• Наследуется генотип, а не приобретённая модификация.
• Норма реакции задаёт пределы изменения признака у данного генотипа.
• Ширина нормы реакции различается у разных признаков.
• Вариационный ряд упорядочивает значения признака, а вариационная кривая показывает их частоту.