§57. Изменчивость признаков

Определения и обозначения

Изменчивость — способность организмов приобретать различия в признаках и свойствах. Благодаря ей особи одного вида отличаются друг от друга по внешнему виду, размерам, физиологии и поведению. Это понятие нужно, чтобы объяснить разнообразие живых организмов и возможность их приспособления.

Модификационная изменчивость — изменение признаков под влиянием условий среды без изменения генотипа. Один и тот же организм может вырасти разного размера при разном питании, освещении или температуре. Понятие помогает отделить влияние среды от изменений наследственного материала.

Комбинативная изменчивость — возникновение новых сочетаний аллелей при половом размножении. Аллели — разные формы одного гена, которые объединяются в потомстве в новых комбинациях. Такая изменчивость объясняет индивидуальные различия детей и родителей без появления новых мутаций.

Мутационная изменчивость — наследуемые изменения генотипа, возникающие вследствие мутаций. Мутация может затронуть отдельный ген, строение хромосомы или число хромосом. Это определение используют, когда признак связан с устойчивым изменением наследственного материала.

Как это устроено

Изменчивость создаёт различия между особями одного вида, потому что организмы получают разные генотипы и развиваются в неодинаковых условиях. Эти различия влияют на выживание и размножение: один вариант признака может оказаться выгоднее другого. Поэтому наследственная изменчивость служит материалом для естественного отбора, который постепенно изменяет состав популяций.

Наследственная изменчивость связана с изменением генотипа и может передаваться потомкам, если затронуты половые клетки или их предшественники. Ненаследственная изменчивость возникает под действием среды при сохранении генотипа и обычно не передаёт приобретённый признак детям. Среда может влиять на проявление генов, но сама по себе такая зависимость ещё не означает изменения наследственного материала.

Модификации появляются, когда температура, освещённость, питание, влажность или другие факторы меняют условия развития организма. После устранения воздействия признак часто возвращается к исходному состоянию, потому что генотип остаётся прежним. Однако изменение происходит не беспредельно: его границы задаёт норма реакции — диапазон проявлений признака, возможный для определённого генотипа.

При кроссинговере участки гомологичных хромосом обмениваются местами, поэтому в гаметах появляются новые сочетания аллелей. Независимое расхождение хромосом в мейозе дополнительно перемешивает материнский и отцовский материал. При оплодотворении гаметы соединяются случайно, и это создаёт множество вариантов генотипов потомков.

Генные мутации изменяют последовательность ДНК внутри гена, хромосомные перестройки меняют строение хромосомы, а геномные мутации — число хромосом. Последствия зависят от того, какой участок затронут и насколько он важен для организма. Поэтому мутация может быть полезной, вредной или нейтральной, а её значение иногда меняется при изменении условий среды.

Сравнение основных форм изменчивости

При заполнении таблицы сначала выясняйте причину изменения, затем проверяйте, изменился ли генотип. Если признак зависит от среды, но наследственный материал не изменён, это модификация; новые сочетания аллелей указывают на комбинативную форму, а изменение ДНК или хромосом — на мутационную.

Разбор задач

Распределение примеров по формам изменчивости

Нужно распределить загар кожи, альбинизм из-за изменения гена, сочетание признаков родителей у ребёнка и увеличение массы растения при хорошем питании. Для каждого примера определим причину появления признака. Затем проверим изменение генотипа и возможность передачи потомкам.

1. Загар возникает под действием ультрафиолета, а увеличение массы растения — при благоприятном питании, поэтому оба примера относятся к модификационной изменчивости.
2. Альбинизм связан с изменением гена, значит, это мутационная изменчивость.
3. Сочетание признаков родителей появляется при объединении их аллелей, поэтому это комбинативная изменчивость.

Ответ: загар и увеличение массы растения — модификационные изменения; альбинизм вследствие изменения гена — мутационное; сочетание признаков родителей у ребёнка — комбинативное. Главный ориентир — причина изменения, а не только заметность признака. Видимый признак сам по себе ещё не доказывает наличие мутации.

Вариационный ряд длины листьев

Длины листьев уже расположены по возрастанию: 8, 9, 9, 10, 10, 10, 11, 12 см. Требуется найти размах вариационного ряда и значение, встречающееся чаще всего. Такой ряд показывает индивидуальные различия признака при общем генотипе и влиянии условий среды.

1. Находим крайние значения: минимальное равно 8 см, максимальное — 12 см.
2. Вычисляем размах: 12 − 8 = 4 см.
3. Считаем повторения: 10 см встречается три раза, чаще остальных значений.

Ответ: размах ряда равен 4 см, наиболее частое значение — 10 см. Частота значений помогает увидеть, какие варианты признака встречаются в группе чаще. Различия длины листьев можно связать с модификационной изменчивостью и нормой реакции.

Скрещивание AaBb × AaBb

Гены находятся в разных парах хромосом, поэтому наследуются независимо. Нужно определить вероятность генотипа aabb у потомка и объяснить возникновение такого сочетания. Для каждого гена сначала рассматриваем отдельное моногибридное скрещивание.

1. В скрещивании Aa × Aa вероятность получить aa равна ¼, поскольку только одна из четырёх комбинаций аллелей даёт этот генотип.
2. В скрещивании Bb × Bb вероятность получить bb также равна ¼.
3. При независимом наследовании вероятности перемножаются: ¼ × ¼ = 1⁄16.

Ответ: вероятность появления aabb равна 1⁄16, или 6,25 %. Такое сочетание возникает из-за независимого расхождения хромосом и случайного соединения гамет. Оно не требует появления новых мутаций, потому что аллели a и b уже были у родителей.

Типичные ошибки

Считать любое изменение признака мутацией. Ошибка возникает, когда не выясняют причину изменения и принимают любой необычный признак за изменение ДНК. Проверьте, изменился ли генотип: без этого нельзя уверенно говорить о мутации.

Называть модификации наследственными только потому, что они заметны. Загар или развитая при хорошем питании масса тела действительно видны, но их появление связано со средой. Спросите себя, сохранится ли признак у потомков без такого же воздействия.

Путать комбинативную изменчивость с мутационной. При комбинативной изменчивости новые мутации не возникают: перемещаются и сочетаются уже существующие аллели. Если изменилось только сочетание аллелей, а не их строение, это комбинативная форма.

Считать полезность или вредность мутации постоянной. Один и тот же вариант может по-разному влиять на организм в разных условиях среды. Оценивайте последствие с учётом конкретного организма, среды и влияния признака на выживание и размножение.

Связь с другими темами

Для понимания изменчивости нужны знания о генотипе, аллелях, хромосомах, митозе, мейозе и закономерностях наследования. Они помогают определить, где возникает различие и как оно может попасть в гаметы. Без этих понятий трудно отличить рекомбинацию от мутации.

Дальше тема связана с естественным отбором, эволюцией, селекцией и генетикой популяций. Наследственные варианты становятся материалом отбора, а селекция использует их для получения организмов с нужными признаками. В популяционной генетике изучают распространение таких вариантов.

В практике знания об изменчивости помогают объяснять наследственные заболевания, индивидуальные различия и влияние условий среды на организм. Они позволяют осторожнее оценивать признаки и не смешивать врождённые особенности с приобретёнными. Это важно и для медицины, и для сельского хозяйства.

Что запомнить

• Изменчивость — источник различий между организмами.
• Модификационная изменчивость связана со средой и не изменяет генотип.
• Норма реакции определяет пределы модификационной изменчивости признака.
• Комбинативная изменчивость создаёт новые сочетания уже существующих аллелей.
• Мутации изменяют генотип и могут передаваться потомкам.
• Наследственная изменчивость поставляет материал для естественного отбора и селекции.