§46. Изменчивость

Определения и обозначения

Изменчивость — способность организмов приобретать новые признаки и свойства, отличающие их от родителей и друг от друга. Она объясняет, почему даже потомки одних родителей не всегда одинаковы. Различия могут быть связаны как с воздействием среды, так и с наследственным материалом. Это понятие помогает разделять изменения, которые затрагивают только проявление признака, и изменения, способные передаваться потомкам.

Модификационная изменчивость — изменения признаков под влиянием условий среды, не связанные с изменением генотипа. Генотип — наследственная основа организма, а фенотип — проявившиеся признаки. При модификации один и тот же генотип может проявляться по-разному в разных условиях. Понятие нужно, чтобы не принимать любое приобретённое организмом отличие за наследственное.

Норма реакции — пределы, в которых признак может изменяться под влиянием среды при данном генотипе. Иными словами, она обозначает возможный диапазон проявления признака, а не его конкретное значение у одного организма. Для разных признаков этот диапазон неодинаков. Понятие помогает понять, почему среда влияет на одни особенности заметнее, чем на другие.

Мутация — устойчивое изменение генетического материала, которое может передаваться потомству. Она может затронуть отдельный ген или хромосомы. Если изменение произошло в клетках, участвующих в размножении, оно может перейти к следующему поколению. Это определение позволяет отличить мутацию от временного изменения признака под влиянием условий жизни.

Как это устроено

Изменчивость бывает ненаследственной и наследственной. Различие между ними определяется тем, изменился ли генотип и может ли изменение перейти к потомкам. Среда способна менять проявление признака, не затрагивая наследственную информацию, поэтому такое отличие обычно исчезает при смене условий. Если же изменён генетический материал или возникла новая комбинация генов, отличие может сохраниться в следующих поколениях.

Модификационная изменчивость возникает потому, что развитие организма зависит не только от наследственных инструкций, но и от условий, в которых они реализуются. Например, доступность света влияет на рост и размер листьев: растение регулирует развитие в ответ на окружающую среду. Генотип при этом остаётся прежним, меняется фенотип — наблюдаемое проявление признака. Поэтому растение, выращенное в других условиях, может выглядеть иначе, хотя наследственная основа признака не изменилась.

Норма реакции задаётся генотипом, потому что именно он определяет, какие варианты проявления признака вообще возможны. Условия среды влияют на результат внутри этих границ, но не могут произвольно изменить любой признак. Масса тела может заметно зависеть от питания и активности, поэтому её диапазон проявлений сравнительно широк. Группа крови, напротив, обычно сохраняется неизменной: для неё влияние обычных условий среды очень ограничено.

Комбинативная изменчивость возникает при половом размножении, когда наследственный материал родителей перемешивается. При кроссинговере участки гомологичных хромосом обмениваются, а независимое расхождение хромосом распределяет их по гаметам в разных сочетаниях. Затем случайно соединяются гаметы двух родителей. В результате потомок получает новую комбинацию уже имеющихся аллелей, даже если ни одна мутация не возникла.

Мутационная изменчивость появляется, когда меняется сам генетический материал: последовательность гена, структура хромосомы или число хромосом. Такие изменения возникают случайно, а не потому, что организму «нужно» приобрести определённый признак. Если мутация присутствует в наследуемых клетках, она может передаться потомству. Так появляются новые наследственные варианты, на которые затем могут влиять естественный отбор и условия среды.

Формы изменчивости и их особенности

Сначала определите, что стало причиной различия: условия жизни, новое сочетание наследственных вариантов или изменение самого генетического материала. Затем проверьте, меняется ли генотип и может ли особенность передаваться потомству. Такая последовательность помогает не путать похожие внешне, но разные по происхождению формы изменчивости.

Разбор задач

Листья одного растения, выросшие на свету и в тени, отличаются размером. Определите форму изменчивости и объясните, наследуется ли различие.

1. Сначала установим, чем различались условия развития листьев: одна часть растения получала больше света, другая находилась в тени. Это указывает на возможное влияние среды на проявление признака.
2. Сравним наблюдение с определением модификационной изменчивости. Размер листа может меняться под воздействием освещённости, тогда как генотип растения от этого не становится другим.
3. Сделаем вывод о наследовании. Поскольку речь идёт об изменении проявления признака, а не генотипа, различие между листьями обычно не передаётся потомству как новая наследственная особенность.

Ответ: это модификационная изменчивость. Различие в размере листьев возникло под влиянием света и обычно не наследуется.

У двух детей одних родителей разные сочетания признаков. Объясните, почему это возможно, если новые мутации не возникали.

1. Отсутствие новых мутаций не означает, что дети должны получить одинаковую наследственную информацию. Каждый родитель образует гаметы с разными сочетаниями хромосом.
2. При мейозе хромосомы независимо расходятся в гаметы, а кроссинговер может обменивать участки между гомологичными хромосомами. Поэтому гаметы одного родителя отличаются друг от друга сочетаниями аллелей.
3. При оплодотворении случайно соединяются гамета матери и гамета отца. У разных детей соединяются разные гаметы, и возникают отличающиеся комбинации генов.

Ответ: различия объясняются комбинативной изменчивостью: независимым расхождением хромосом, кроссинговером и случайным сочетанием гамет. Новые гены для этого не нужны.

У растения обнаружено устойчивое изменение окраски цветков, которое сохраняется у потомства. Какую форму изменчивости следует предположить и какие данные помогут отличить её от модификации?

1. Сначала отметим, что признак не исчезает у потомства. Это делает наследственную причину вероятной, но одного наблюдения недостаточно: условия выращивания потомков тоже могли повлиять на окраску.
2. Нужно вырастить потомство в одинаковых условиях и сравнить окраску с исходным растением. Если различие сохраняется при устранении прежнего воздействия среды, объяснить его одной модификацией становится сложнее.
3. Затем проверяют, связано ли отличие с изменением генетического материала. Данные о наследовании признака и генетическом анализе помогут подтвердить мутационную природу; если генотип не изменён, следует учитывать влияние среды.

Ответ: следует предположить мутационную изменчивость, но сначала исключить влияние условий. Устойчивое наследование признака при одинаковой среде и подтверждение изменения генотипа отличают мутацию от модификации.

Типичные ошибки

Ошибка — считать любое изменение, появившееся при жизни, наследственным. Её допускают, потому что заметное изменение организма легко принять за новую наследственную особенность. Но модификация обычно меняет проявление признака, а не генотип. Для самопроверки спросите, есть ли основания говорить об изменении наследственного материала и сохраняется ли признак у потомков.

Ошибка — принимать норму реакции за конкретное проявление признака. Обычно путают наблюдаемое значение у одного организма с диапазоном возможных значений для его генотипа. Норма реакции включает варианты, которые могут появиться при разных условиях. Проверьте себя: описываете вы отдельное наблюдение или границы возможных изменений?

Ошибка — считать, что комбинативная изменчивость создаёт новые гены. Такое представление возникает из-за того, что потомок может заметно отличаться от обоих родителей. На самом деле при этом по-новому сочетаются уже имеющиеся аллели. Спросите себя, изменился ли генетический материал или только составлена новая комбинация его вариантов.

Ошибка — думать, что все мутации вредны и возникают целенаправленно. Кажется, будто изменения должны появляться именно тогда, когда они нужны организму, но мутации случайны. Их последствия оцениваются в конкретных условиях и могут быть вредными, нейтральными или полезными. Для проверки отделяйте причину возникновения мутации от того, как она влияет на выживание организма.

Связь с другими темами

Для понимания изменчивости нужны знания о генотипе, фенотипе, генах, аллелях и хромосомах: они помогают определить, что именно меняется. Связь с наследованием и законами Менделя объясняет, почему потомки получают разные сочетания признаков. Позже эти знания используются при изучении эволюции и естественного отбора: наследственные различия могут влиять на выживание и размножение. В селекции изменчивость позволяет получать и отбирать организмы с нужными человеку признаками.

Что запомнить

• Изменчивость проявляется в различиях между организмами.
• Модификационная изменчивость обусловлена средой и обычно не наследуется.
• Норма реакции определяется генотипом.
• Комбинативная изменчивость создаёт новые сочетания генов.
• Мутационная изменчивость связана с изменениями генетического материала.
• Наследственная изменчивость служит материалом для эволюции и селекции.