§ 32–33. Изменчивость — общее свойство живого

Определения и обозначения

Изменчивость — способность организмов приобретать различия в признаках. Благодаря ей особи одного вида могут отличаться друг от друга, а живые организмы в целом разнообразны. Это разнообразие важно для жизни вида: при изменении условий некоторые наследственные особенности могут оказаться полезными.

Модификационная изменчивость — изменения признаков под влиянием условий среды, не сопровождающиеся изменением генотипа. Генотип — совокупность наследственной информации организма, а признак может по-разному проявляться в зависимости от условий. Это понятие помогает отличить временное изменение проявления признака от изменения наследственной основы.

Норма реакции — пределы, в которых генотип позволяет признаку изменяться под влиянием среды. Иными словами, один генотип допускает не любые изменения, а только определённый диапазон. Понятие нормы реакции позволяет объяснить, почему условия влияют на признак, но не меняют его безгранично.

Наследственная изменчивость — изменения признаков, связанные с изменениями генотипа и способные передаваться потомству. К ней относятся комбинативная и мутационная изменчивость. Это различие важно, потому что именно наследственные особенности могут закрепляться в ряду поколений.

Как это устроено

Организмы отличаются не по одной причине: их генотипы могут быть неодинаковыми, а условия жизни — различаться. Например, на рост и состояние растения влияют наследственные особенности, освещение, температура и доступность воды. Поэтому, обнаружив различие, нельзя сразу заключить, что оно наследуется. Нужно выяснить, связано ли оно с генотипом или появилось из-за среды.

При модификационной изменчивости один и тот же генотип может проявляться по-разному, потому что среда влияет на развитие и работу организма. Однако возможности такого изменения ограничены нормой реакции, заданной генотипом. Например, освещение влияет на размеры и строение листьев: у растений одного сорта листья на свету могут быть крупнее, чем в тени. Среда меняет проявление признака, но не заменяет наследственную информацию.

Модификации обычно не наследуются, потому что при них не меняется генотип, который передаётся потомкам. Некоторые из них обратимы: если условия меняются, проявление признака может со временем измениться в обратную сторону. Например, загар появляется под действием солнечного излучения и постепенно исчезает без него. Подобным образом питание и физическая нагрузка могут влиять на массу и состояние организма, но сами по себе не переписывают его генотип.

При половом размножении потомок получает гены от двух родителей, а их сочетания не копируются неизменно. Во время образования половых клеток кроссинговер — обмен участками между парными хромосомами — создаёт новые сочетания вариантов генов. Кроме того, хромосомы независимо расходятся в разные половые клетки, а слияние гамет происходит случайно. Так возникает комбинативная изменчивость: новые сочетания уже имеющихся генов без обязательного появления новых генетических вариантов.

Мутационная изменчивость возникает, когда меняется генетический материал: например, последовательность ДНК или структура хромосомы. Мутации могут появляться самопроизвольно либо под действием мутагенов — факторов, повышающих вероятность таких изменений. Если мутация затрагивает половую клетку или клетку, из которой она образуется, она может попасть в генотип потомка. Мутации в обычных клетках тела обычно не передаются потомству, а проявление любой мутации зависит от её характера и других особенностей организма.

Формы изменчивости и их особенности

Сначала определите причину различия: воздействие среды, новое сочетание генов или изменение генетического материала. Затем проверьте, изменился ли генотип и может ли изменение попасть в половые клетки. Такой порядок помогает не смешивать модификационную, комбинативную и мутационную изменчивость.

Разбор задач

Задача 1. У растений одного сорта листья на свету крупнее, чем в тени. Определите форму изменчивости и объясните, изменился ли генотип. В условии указано, что растения одного сорта растут при разном освещении, поэтому нужно проверить влияние среды. Одного различия листьев недостаточно, чтобы утверждать об изменении наследственной информации.

1. Назовите различающийся признак: размер листьев. Он различается в зависимости от освещения, значит, условие связано со средой.

2. Сравните наблюдение с определением модификационной изменчивости. Здесь среда влияет на признак, но данных об изменении ДНК или хромосом нет.

Ответ: это модификационная изменчивость; генотип не изменился. Размер листьев меняется в пределах нормы реакции растений данного сорта.

Задача 2. У потомков одной пары животных наблюдаются разные сочетания признаков родителей. Назовите форму изменчивости и укажите процессы, которые могли её вызвать. В условии признаки связаны с родителями, но у потомков складываются по-разному. Нужно выяснить, могут ли новые сочетания возникнуть при половом размножении без мутаций.

1. Установите тип различий: потомки получили разные комбинации наследственных особенностей. Это указывает на комбинативную изменчивость.

2. Назовите процессы, создающие комбинации: кроссинговер и независимое расхождение хромосом при образовании гамет. Случайное слияние разных гамет добавляет новые сочетания генов.

Ответ: это комбинативная изменчивость. Её могли вызвать кроссинговер, независимое расхождение хромосом и случайное сочетание гамет.

Задача 3. У потомка обнаружен признак, отсутствовавший у родителей; установлено, что он обусловлен изменением ДНК в половой клетке. Определите форму изменчивости и объясните возможность наследования признака. Ключевые сведения здесь — изменение ДНК и его появление в половой клетке. Поэтому нужно различить мутацию и новую комбинацию уже имеющихся генов.

1. Изменение ДНК означает изменение генетического материала, то есть мутацию. Следовательно, форма изменчивости — мутационная, а не комбинативная.

2. Половые клетки участвуют в образовании потомка, поэтому их генетические изменения могут попасть в его генотип. Унаследованный вариант может передаваться следующим поколениям, хотя его проявление зависит от особенностей мутации.

Ответ: это мутационная изменчивость. Признак может наследоваться, поскольку мутация произошла в половой клетке и могла попасть в генотип потомка.

Типичные ошибки

Ошибка: считать наследственным любое приобретённое изменение. Так думают, потому что заметное изменение организма легко принять за изменение его наследственной информации. Но модификация меняет проявление признака, а не генотип. Проверьте себя: есть ли в условии указание на изменение ДНК, хромосом или половых клеток?

Ошибка: считать модификационную изменчивость полностью случайной. Среда влияет на признаки, но допустимые пределы их изменения задаёт генотип. Эту ошибку допускают, если учитывают только воздействие среды и забывают о норме реакции. Для проверки спросите, может ли признак при данном генотипе измениться безгранично: нет, его изменения ограничены.

Ошибка: смешивать комбинативную изменчивость с мутационной. Обе формы связаны с наследственными различиями, поэтому их легко спутать. При комбинативной изменчивости возникают новые сочетания уже имеющихся генов, а при мутационной меняется генетический материал. Проверьте условие: если речь о сочетании генов родителей — это комбинативная форма; если об изменении ДНК или хромосомы — мутационная.

Ошибка: утверждать, что любая мутация проявляется и передаётся потомству. Мутация может не проявиться в наблюдаемом признаке, а изменение в клетке тела обычно не попадает к потомкам. Путаница возникает из-за того, что слово «мутация» сразу связывают с заметным наследственным признаком. Проверьте, где возникло изменение и как оно влияет на признак: наследование возможно, в частности, при затрагивании половых клеток, но проявление не гарантировано.

Связь с другими темами

Для понимания изменчивости нужны понятия гена, генотипа, фенотипа и хромосомы. Также важно знать, как образуются половые клетки и происходит размножение: без этого не объяснить кроссинговер, расхождение хромосом и передачу изменений потомству. Представления об изменчивости помогают изучать наследственность и объяснять, откуда берутся различия между организмами. Наследственные варианты служат материалом для эволюции и используются в селекции.

Что запомнить

• Изменчивость — общее свойство живых организмов.
• Различия между организмами могут быть обусловлены генотипом, средой или их взаимодействием.
• Модификационная изменчивость не меняет генотип и обычно не наследуется.
• Норма реакции задаёт пределы модификационных изменений признака.
• Комбинативная изменчивость создаёт новые сочетания генов.
• Мутационная изменчивость связана с изменениями генетического материала.
• Наследственные изменения создают материал для эволюции и селекции.