3.16. Изменчивость: наследственная и ненаследственная

Определения и обозначения

Изменчивость — способность организмов приобретать различия между собой и изменяться в ходе индивидуального развития. Она объясняет, почему даже особи одного вида не полностью одинаковы. Разнообразие признаков важно для жизни видов: оно создаёт различия, на которые могут действовать условия среды и естественный отбор.

Ненаследственная, или модификационная, изменчивость — изменение признаков под влиянием условий среды, которое не меняет генотип и обычно не передаётся потомству. Например, у растения может измениться размер листьев в зависимости от освещения. Это понятие помогает отделять временное изменение проявления признака от изменения наследственной информации.

Наследственная изменчивость — изменение признаков, связанное с изменением генотипа или сочетаниями генов и способное передаваться потомкам. Генотип — совокупность генов организма, а передача его вариантов объясняет появление наследуемых различий между поколениями. Это понятие нужно, чтобы разбирать происхождение признаков, которые могут сохраняться у потомков.

Норма реакции — диапазон изменений признака, возможных у организма с данным генотипом при разных условиях среды. Например, один и тот же наследственный набор может обеспечивать рост растения в некотором диапазоне высот. Норма реакции показывает границы влияния среды и помогает понять, почему признак меняется, но не произвольно.

Как это устроено

Среда влияет на то, как организм растёт, развивается и использует наследственные возможности. При разном освещении растение может получать неодинаковое количество энергии для фотосинтеза, поэтому меняются его рост и размеры листьев. При этом изменение внешнего признака само по себе не означает, что поменялся генотип. Чтобы определить вид изменчивости, нужно установить причину изменения, а не ограничиваться наблюдением результата.

Модификационные изменения имеют предел, потому что сам генотип задаёт возможности развития организма. Условия среды могут сдвигать проявление признака внутри этих возможностей, но не способны заставить один генотип образовать любой признак. Поэтому один сорт растения при разных условиях вырастает выше или ниже, однако диапазон высоты ограничен его наследственными особенностями. Этот диапазон и описывает норма реакции.

Наследственная изменчивость может возникнуть вследствие мутаций — изменений генетического материала. Мутация способна затронуть отдельный ген, структуру хромосомы или число хромосом, поэтому её последствия различаются. Если такое изменение присутствует в клетках, участвующих в размножении, оно может перейти к потомству. Значит, мутация отличается от модификации не просто заметностью, а изменением наследственной информации.

При половом размножении потомок получает гены от обоих родителей, и они могут соединиться в сочетания, которых не было ни у одного из них. Так возникает комбинативная изменчивость. Её источником служит не обязательное появление новых генов, а их новое сочетание при образовании половых клеток и оплодотворении. Поэтому братья и сёстры могут отличаться признаками, даже если новых мутаций не обнаружено.

По внешнему виду не всегда можно понять, наследственное ли изменение наблюдается: похожий результат может иметь разные причины. Например, различие в росте может быть вызвано условиями выращивания, а может быть связано с наследуемыми различиями генотипа. Нужно выяснить, изменился ли генотип или возникло новое сочетание генов, и оценить роль среды. Такой подход позволяет не смешивать модификационную, мутационную и комбинативную изменчивость.

Сравнение наследственной и ненаследственной изменчивости

Сначала сопоставьте причину изменения и наличие изменений генотипа, а затем проверьте возможность передачи потомству. Строка о формах напоминает, что наследственная изменчивость включает разные механизмы: мутации и новые сочетания генов. Таблица помогает не делать вывод только по внешнему сходству признаков.

Разбор задач

Листья растения на свету и в тени

Условие. У растения листья на свету крупнее, чем у такого же растения в тени. Нужно определить вид изменчивости и объяснить ответ. Сравниваются проявления признака при разных условиях выращивания, поэтому важно проверить, не принимаем ли мы эффект среды за наследственное изменение.

1. Назовите различающийся признак: размер листьев.
2. Определите возможную причину: растения получали разное освещение, то есть различались условия среды.
3. Проверьте, есть ли сведения об изменении генотипа. В условии таких сведений нет, поэтому не следует утверждать, что возникло наследственное изменение.
4. Сопоставьте вывод с определениями: изменение проявления признака под действием среды без изменения генотипа относится к модификационной изменчивости.

Ответ. Это ненаследственная, или модификационная, изменчивость: различие в размере листьев связано с освещением, а изменение генотипа не указано. Такая модификация обычно не передаётся потомству.

Разные сочетания признаков у потомства

Условие. У потомства двух родителей различаются сочетания признаков, хотя новых мутаций не обнаружено. Нужно назвать форму изменчивости и указать её источник. Отсутствие обнаруженных мутаций не означает, что потомки должны быть одинаковыми: у них могут различаться сочетания унаследованных генов.

1. Установите, что именно различается: сочетания признаков у потомков.
2. Учтите половое размножение: потомок получает наследственный материал от обоих родителей.
3. Объясните механизм: при образовании половых клеток и оплодотворении гены родителей соединяются в новые сочетания.
4. Поскольку условие не сообщает о мутациях, не приписывайте различия изменению генов; достаточно объяснения через их перекомбинацию.

Ответ. Это комбинативная наследственная изменчивость. Её источник — новые сочетания генов, полученных от родителей при половом размножении, а не обязательное возникновение мутаций.

Высота растений при разных условиях

Условие. У нескольких растений одного сорта измерили высоту при разных условиях выращивания. Нужно определить диапазон проявления признака и объяснить его значение. Числовых измерений в условии не приведено, поэтому нельзя назвать конкретные границы, но можно описать способ их нахождения.

1. Соберите все измеренные значения высоты и расположите их от наименьшего к наибольшему.
2. Определите минимум и максимум в наблюдаемой группе: диапазон измерений записывают от минимальной до максимальной высоты.
3. Сравните условия выращивания и свяжите различия с воздействием среды, не объявляя их автоматически наследственными.
4. Объясните, что диапазон показывает проявления признака у данного сорта в данных условиях; для точной нормы реакции нужно учитывать весь возможный диапазон при разных условиях.

Ответ. Наблюдаемый диапазон — от минимальной до максимальной измеренной высоты. Он показывает изменчивость проявления признака при данных условиях, но сам по себе не доказывает изменения генотипа.

Типичные ошибки

Ошибка: считать любое приобретённое в течение жизни изменение наследственным. Её допускают, потому что заметное изменение легко принять за новое свойство организма, хотя причина может быть только в среде. Проверьте себя вопросом: есть ли основания считать, что изменился генотип и что изменение может перейти потомству?

Ошибка: утверждать, что модификации никак не зависят от генотипа. Так думают, если обращают внимание только на условия среды и забывают, что разные организмы имеют разные наследственные возможности. Проверьте себя: одинаково ли далеко любой генотип может изменять данный признак? Предел задаёт норма реакции.

Ошибка: смешивать мутационную и комбинативную изменчивость. Обе относятся к наследственной, поэтому их механизмы иногда объединяют в одно объяснение. Проверьте себя: изменился ли генетический материал? Если да — речь о мутационной форме; если появились новые сочетания прежних генов — о комбинативной.

Ошибка: считать, что любой признак, возникший под влиянием среды, обязательно передаётся потомству. Причину ошибки — смешение признака организма с его генотипом — помогает заметить пример с загаром. Чтобы проверить вывод, выясните, изменился ли наследственный материал; обычная модификация меняет проявление признака и обычно не наследуется.

Связь с другими темами

Для понимания изменчивости нужно знать, что такое ген, генотип, фенотип и условия среды. Генотип связан с наследственной информацией, а фенотип — с наблюдаемыми особенностями организма, которые складываются при взаимодействии наследственности и среды. Это различие помогает объяснить, почему изменение внешнего признака не обязательно означает изменение генотипа.

Понятия наследственной изменчивости и мутаций используются при изучении эволюции, естественного отбора и селекции. Наследуемые различия могут сохраняться и передаваться поколениям, а отбор влияет на то, какие варианты чаще оставляют потомство. В селекции понимание происхождения изменчивости помогает работать с признаками организмов и получать нужные сочетания.

Что запомнить

• Изменчивость приводит к различиям между организмами.
• Модификационная изменчивость обусловлена условиями среды.
• Модификации не меняют генотип и обычно не наследуются.
• Норма реакции показывает пределы изменения признака при данном генотипе.
• Наследственная изменчивость связана с изменениями генотипа или сочетаниями генов.
• Мутационная и комбинативная изменчивость — формы наследственной изменчивости.