§ 27. Формы изменчивости организмов

Определения и обозначения

Изменчивость — способность организмов приобретать различия в признаках и свойствах. Она заметна даже среди особей одного вида и делает их неодинаковыми. Благодаря изменчивости в природе возникает разнообразие организмов. Оно важно для выживания видов при изменении условий и служит материалом для эволюции.

Наследственная, или генотипическая, изменчивость — изменение признаков, связанное с изменением генотипа, то есть набора генов организма. Такие изменения могут перейти к потомству, если затронуты клетки, участвующие в размножении. Это понятие помогает отличать новые наследуемые особенности от временных перемен, вызванных условиями жизни. К наследственной изменчивости относятся комбинативная и мутационная формы.

Комбинативная изменчивость — появление новых сочетаний уже имеющихся генов при половом размножении. Сами гены при этом не обязательно изменяются: по-новому соединяются варианты, полученные от родителей. Поэтому потомок может отличаться сочетанием признаков, хотя каждый из них встречался у родителей. Понятие объясняет разнообразие потомства одной семьи или популяции.

Модификационная изменчивость — изменение признаков под влиянием среды без изменения генотипа. Например, освещение, питание или температура могут влиять на выраженность признака. Такие перемены обычно не передаются потомству, потому что наследственный материал остаётся прежним. Это определение помогает понять, почему один и тот же генотип может выглядеть по-разному в разных условиях.

Как это устроено

У особей одного вида есть общий набор характерных признаков, но конкретные значения этих признаков различаются. Причина в том, что организмы могут иметь разные варианты генов, разные сочетания генов и жить в неодинаковых условиях. Поэтому различия между особями бывают наследственными или ненаследственными. Чтобы определить их форму, нужно выяснить, изменился ли генотип или изменилось только проявление признака.

Комбинативная изменчивость возникает благодаря двум событиям полового размножения. Во время мейоза — деления, при котором образуются половые клетки, — хромосомы и находящиеся в них гены распределяются по гаметам в разных сочетаниях. Затем при оплодотворении случайно встречаются гаметы двух родителей, и их наследственный материал объединяется. В результате потомок получает уникальную комбинацию уже существовавших генов, а не обязательно новые гены.

Мутационная изменчивость появляется, когда меняется сам генетический материал. Мутация может затронуть отдельный ген, структуру хромосомы или число хромосом в клетке. Такие изменения возникают не потому, что гены родителей просто сложились в новом сочетании, а из-за перестройки или ошибки в наследственном материале. Последствия мутации неодинаковы: она может быть вредной, нейтральной или, в некоторых условиях, полезной.

Среда может влиять на то, как проявляется признак, не меняя последовательность генов. Например, недостаток света способен изменить окраску или развитие растения, а условия питания — повлиять на его размеры. Такое изменение называют модификацией: изменяется фенотип, то есть наблюдаемые признаки организма, но не его генотип. Поэтому потомок не наследует приобретённое изменение как готовый признак, хотя унаследованные гены могут по-разному проявляться в среде.

Генотип задаёт норму реакции — возможные пределы проявления признака. Условия среды определяют, где именно внутри этих пределов окажется конкретный организм. Например, наследственные особенности задают возможный диапазон размеров растения, а питание, вода и свет влияют на его фактический рост. Норма реакции нужна, чтобы не считать влияние среды безграничным: одинаковые условия не заставят генотип проявить признак за пределами его возможностей.

Сравнение основных форм изменчивости

Сначала посмотри, что именно изменилось: сочетание генов, сам генетический материал или только проявление признака. Затем сопоставь причину с мейозом, мутацией или воздействием среды. Передачу потомству оценивай отдельно: сама по себе заметность признака не доказывает его наследуемость.

Разбор задач

Задача 1. У двух растений одного вида, выращенных при разной освещённости, различается окраска листьев. Нужно определить форму изменчивости и объяснить ответ. Сравним сначала условия выращивания: они различаются именно по освещённости. Затем проверим, есть ли указание на изменение генотипа; в условии его нет.

1. Признак — окраска листьев — различается у растений одного вида.
2. Различия совпадают с различием условий среды, а не с описанием мутации или новых сочетаний генов.
3. Следовательно, изменение проявления окраски при неизменном генотипе является модификационным.

Ответ: это модификационная изменчивость, потому что на окраску повлияла освещённость, а изменение генотипа не указано. При решении важно не объявлять различие наследственным только потому, что оно заметно.

Задача 2. У потомства двух родителей наблюдаются новые сочетания признаков, которые были у родителей по отдельности. Нужно назвать форму изменчивости и указать механизм её возникновения. Здесь сказано, что признаки уже встречались у родителей, но у потомка они объединились иначе. Это указывает на перераспределение генов, а не на изменение самих генов.

1. Проверяем, появились ли новые признаки, которых не было у родителей: по условию речь идёт о новых сочетаниях уже известных признаков.
2. При мейозе гены распределяются между гаметами в разных комбинациях.
3. При оплодотворении случайно соединяются гаметы родителей, создавая новую комбинацию.

Ответ: это комбинативная изменчивость. Она возникает в результате мейоза и случайного сочетания гамет, а не из-за мутации генов.

Задача 3. В популяции обнаружен организм с новым наследуемым признаком, возникшим после изменения участка ДНК. Определим, связано ли событие с перекомбинацией генов или с изменением наследственного материала. Условие прямо сообщает об изменении участка ДНК и о наследуемости признака — это ключевые подсказки.

1. Изменение участка ДНК означает, что изменился генетический материал, а не только комбинация прежних генов.
2. Такое изменение называют мутацией, а возникшую форму — мутационной изменчивостью.
3. Если изменение присутствует в наследственном материале, который передаётся потомкам, признак может наследоваться.
4. При комбинативной изменчивости гены лишь по-новому сочетаются; изменение ДНК для неё не является причиной.

Ответ: это мутационная изменчивость. Признак наследуемый, потому что изменение ДНК может передаваться потомству; от комбинативной формы этот случай отличается изменением генетического материала, а не его перекомбинацией.

Типичные ошибки

Ошибка: считать любую перемену, возникшую при жизни особи, наследственной. Так думают, потому что признак появился у живого организма и стал заметен, но это не доказывает изменения генотипа. Модификация обычно не передаётся потомству, если наследственный материал не изменился. Проверь себя вопросом: изменились ли гены или только проявление признака?

Ошибка: путать комбинативную изменчивость с мутационной. Обе формы относятся к наследственной изменчивости, поэтому их легко смешать. Но при комбинативной форме уже имеющиеся гены получают новые сочетания, а при мутационной меняется генетический материал. Проверь, говорит ли условие о перекомбинации или об изменении ДНК, хромосом либо их числа.

Ошибка: утверждать, что модификации никак не связаны с генотипом. Из-за влияния среды может показаться, что наследственность здесь не играет роли, но именно генотип задаёт норму реакции. Среда влияет на выраженность признака только в пределах этой нормы. Проверь себя: может ли один и тот же генотип проявиться по-разному в разных условиях, не выходя за свои пределы?

Ошибка: считать любую мутацию обязательно полезной или вредной. Такой вывод делают, если оценивают изменение только по одному примеру или сразу представляют его последствия. На деле эффект зависит от конкретного изменения и условий жизни организма: мутация может быть полезной, вредной или нейтральной. Проверь, есть ли в условии данные о влиянии признака на выживание; если их нет, нельзя уверенно назвать мутацию полезной или вредной.

Связь с другими темами

Для понимания изменчивости нужно знать, что такое ген, генотип, фенотип и наследование признаков: эти понятия помогают различать наследственные изменения и перемены, вызванные средой. Чтобы объяснить комбинативную форму, понадобятся знания о мейозе, образовании гамет и оплодотворении. Позже тема поможет понять, откуда берётся разнообразие организмов и на какой материал действует естественный отбор в ходе эволюции. Поэтому изменчивость связывает наследственность с развитием видов.

Что запомнить

• Изменчивость бывает наследственной и ненаследственной.
• Комбинативная изменчивость создаёт новые сочетания генов.
• Мутационная изменчивость связана с изменениями генетического материала.
• Модификационная изменчивость возникает под влиянием среды и обычно не наследуется.
• Норма реакции — пределы проявления признака, заданные генотипом.
• Изменчивость служит источником разнообразия организмов.