§ 38. Индивидуальное развитие. Генетика. Повторение

Определения и обозначения

Онтогенез — индивидуальное развитие организма от образования зиготы до завершения жизненного цикла. Зигота — клетка, возникающая при слиянии половых клеток. Это понятие охватывает все изменения организма, поэтому помогает не смешивать развитие зародыша с развитием человека или животного после рождения.

Эмбриогенез — период онтогенеза от оплодотворения до рождения или выхода из яйца. В это время из одной клетки формируется зародыш с тканями и органами. Термин нужен, чтобы отдельно описывать раннее развитие и сравнивать его этапы у разных организмов.

Постэмбриональное развитие — этап жизни после рождения или выхода из яйца, включающий рост, созревание и старение. Организм продолжает изменяться, хотя его основные органы уже сформированы. Это понятие напоминает, что онтогенез не заканчивается появлением на свет.

Генотип — совокупность генов организма, определяющая наследственную основу его признаков. В задачах аллели одного гена часто обозначают буквами A и a, а сочетания записывают, например, Aa. Генотип позволяет рассуждать о наследовании, но сам по себе не описывает все внешние проявления признаков.

Как это устроено

Онтогенез начинается с одной клетки — зиготы, потому что она образуется при слиянии яйцеклетки и сперматозоида. Зигота делится митозом, и число клеток растёт, а затем клетки увеличиваются и специализируются. Специализация называется дифференцировкой: клетки приобретают разные строение и функции. Благодаря последовательным делениям и специализации возникают ткани, органы и целостный организм.

На ранней стадии эмбриогенеза идёт дробление: зигота многократно делится, не увеличивая общий объём зародыша. Затем при гаструляции клетки перемещаются и формируют зародышевые листки, из которых развиваются разные ткани и органы. После этого начинается органогенез — закладка и развитие органов. Такая последовательность нужна, чтобы сначала создать клеточный материал и общий план тела, а затем сформировать его части; развитие завершается рождением или вылуплением.

При прямом развитии молодая особь похожа на взрослую, поэтому ей не требуется перестраивать тело через отдельную личиночную стадию. Она растёт и созревает, как у человека, птиц и пресмыкающихся. При непрямом развитии организм сначала становится личинкой, строение и образ жизни которой могут отличаться от взрослой формы. Метаморфоз — преобразование личинки во взрослую особь; он позволяет стадиям использовать разные условия или источники пищи, как у бабочки и лягушки.

Генотип содержит наследственную программу развития: гены влияют на образование белков и работу клеток, а через них — на признаки. Однако условия среды тоже воздействуют на развитие, например питание влияет на рост. Поэтому фенотип, то есть совокупность проявившихся признаков, складывается при взаимодействии наследственности и среды. Генотип задаёт наследственную основу, но конечные проявления могут различаться.

В генетической задаче сначала обозначают аллели и устанавливают генотипы родителей, затем определяют, какие гаметы они могут образовать. Решётка скрещивания помогает перебрать все сочетания гамет и получить возможные генотипы потомства. Законы Менделя описывают закономерности наследования, а соотношения в решётке показывают вероятности, а не гарантируют точное число потомков. После этого отдельно подсчитывают генотипы и фенотипы, учитывая доминирование.

Этапы индивидуального развития и генетическая основа признаков

Таблица показывает, как меняется организм на этапах развития и чем различаются наследственная основа и проявившиеся признаки. Сравнивайте колонки: так легче связать процесс с его результатом и примером. В генетической задаче особенно важно не путать строку о генотипе со строкой о фенотипе.

Разбор задач

Задача 1. У гороха жёлтая окраска семян доминирует над зелёной. Определите генотипы и соотношение фенотипов потомства при скрещивании Aa × Aa.

1. Обозначим A — аллель жёлтой окраски, a — аллель зелёной. Запись Aa означает, что у каждого родителя есть оба варианта гена.
2. Каждый родитель передаёт в гамету только один аллель, поэтому возможные гаметы обоих родителей — A и a.
3. Сочетаем гаметы: AA, Aa, Aa и aa. Генотипическое расщепление составляет 1 AA : 2 Aa : 1 aa.
4. Аллель A доминирует, поэтому AA и Aa дают жёлтые семена, а зелёные проявляются только у aa. Следовательно, фенотипическое расщепление — 3 жёлтых : 1 зелёное.

Ответ: генотипы потомства — 1 AA : 2 Aa : 1 aa; по окраске — 3 жёлтых : 1 зелёное. Это вероятностное соотношение, а не обещание, что в любой небольшой группе потомков будут именно такие количества.

Задача 2. Карий цвет глаз условно доминирует над голубым. Кареглазые родители имеют голубоглазого ребёнка; нужно определить их генотипы и вероятность рождения следующего голубоглазого ребёнка.

1. Обозначим B — карий цвет, b — голубой. Голубоглазый ребёнок имеет генотип bb, поэтому получил аллель b от каждого родителя.
2. Оба родителя кареглазые, значит, у каждого есть доминантный аллель B. Но раз они передали ребёнку b, их генотипы — Bb и Bb.
3. При скрещивании Bb × Bb возможны BB, Bb, Bb и bb. Только сочетание bb приводит к голубым глазам, то есть один вариант из четырёх.

Ответ: генотипы родителей — Bb и Bb; вероятность рождения голубоглазого ребёнка равна ¼, или 25%. Каждый исход оценивается отдельно: рождение одного голубоглазого ребёнка не меняет вероятность для следующего.

Задача 3. Расположите стадии эмбриогенеза: органогенез, дробление, гаструляция. Укажите изменения на каждой стадии.

1. В начале происходит дробление: зигота делится митозом, формируя многоклеточный зародыш без увеличения его общего объёма.
2. Затем идёт гаструляция: клетки перемещаются и образуют зародышевые листки, из которых позднее развиваются ткани и органы.
3. После этого наступает органогенез — закладка и развитие органов.

Ответ: дробление → гаструляция → органогенез. Такая последовательность отражает переход от увеличения числа клеток к формированию зародышевых слоёв, а затем органов.

Типичные ошибки

Онтогенез иногда считают только эмбриональным периодом, потому что развитие зародыша особенно активно и заметно. Но онтогенез продолжается после рождения и включает дальнейшие изменения организма до конца его жизненного цикла. Проверьте себя вопросом: рассматривается ли вся жизнь особи или только период до рождения либо вылупления? Во втором случае речь идёт об эмбриогенезе.

Прямое и непрямое развитие путают, если ориентироваться лишь на возраст или размер молодой особи. Решающий признак непрямого развития — наличие личинки и последующего метаморфоза; при прямом молодая особь похожа на взрослую. Чтобы проверить ответ, найдите в описании отдельную личиночную стадию. Если она есть и организм заметно преобразуется, развитие непрямое.

Генотип могут принимать за фенотип, потому что оба понятия связаны с признаками организма. Генотип — наследственные варианты генов, а фенотип — то, что проявилось в строении и свойствах организма под влиянием генотипа и среды. Проверьте, описываете ли вы сочетание аллелей вроде Aa или наблюдаемое качество вроде окраски. Эти записи отвечают на разные вопросы.

Соотношение генотипов часто записывают как соотношение фенотипов, не учитывая доминирование. Например, при Aa × Aa генотипы распределяются как 1:2:1, но при полном доминировании два генотипа, AA и Aa, дают одинаковый фенотип, поэтому получается 3:1. Проверьте, объединены ли генотипы с одинаковым проявлением признака. Если нет, фенотипическое расщепление ещё не подсчитано.

Связь с другими темами

Для понимания развития нужны знания о строении клетки, митозе, мейозе и оплодотворении: они объясняют происхождение зиготы и увеличение числа клеток. Генетические задачи опираются на понятия гена, аллеля, доминантного и рецессивного признака. Эти знания пригодятся при изучении эмбриологии, возрастной физиологии, наследственных заболеваний и селекции. Связь с экологией и эволюцией проявляется в том, что среда влияет на развитие, а наследственная изменчивость важна для изменений популяций.

Что запомнить

• Онтогенез — индивидуальное развитие организма на протяжении всего жизненного цикла.
• Эмбриогенез включает дробление, гаструляцию и органогенез.
• При прямом развитии молодая особь похожа на взрослую.
• При непрямом развитии есть личиночная стадия и метаморфоз.
• Генотип задаёт наследственную основу признаков, а фенотип формируется при взаимодействии генотипа и среды.
• В генетической задаче сначала устанавливают генотипы родителей, затем гаметы и возможные генотипы потомства.
• При полном доминировании скрещивание Aa × Aa даёт генотипическое расщепление 1:2:1 и фенотипическое 3:1.