Раздел 4. Наследственность и изменчивость организмов

Определения и обозначения

Наследственность — способность организмов передавать потомству свои признаки. Благодаря ей потомки сохраняют характерные для родителей и вида особенности строения и развития. Передача признаков поддерживает преемственность поколений, хотя потомки не обязательно полностью повторяют родителей.

Изменчивость — способность организмов приобретать различия. Она отличает особей друг от друга и от родителей, даже если они принадлежат к одному виду. Если бы изменчивости не было, организмы почти не различались бы, а у вида было бы меньше возможностей приспосабливаться к меняющимся условиям.

Ген — участок молекулы ДНК, связанный с развитием определённого признака. Гены расположены в хромосомах, которые находятся в ядре клетки. Понятие гена помогает объяснить, как наследственная информация хранится и передаётся, а не просто наблюдать сходство родителей и детей.

Аллель — одна из форм одного и того же гена. Например, разные аллели могут задавать высокий и низкий стебель растения. Обозначая аллели буквами A и a, можно наглядно записать их сочетания у родителей и потомства и предсказать возможные проявления признака.

Как это устроено

Наследственная информация переходит от родителей к потомку через половые клетки. При образовании таких клеток число хромосом в них уменьшается вдвое, поэтому при оплодотворении набор восстанавливается. Потомок получает хромосомы от обоих родителей, а вместе с ними — варианты генов, которые влияют на его признаки.

Генотипом называют совокупность наследственных задатков организма, а фенотипом — совокупность его проявившихся признаков. Генотип задаёт возможности развития, но внешне заметный результат формируется не всегда одинаково: на него могут влиять и условия среды. Поэтому два организма с похожим признаком не обязательно имеют одинаковый генотип, а наличие аллеля само по себе ещё не говорит, как именно он проявится.

При скрещивании каждый родитель передаёт потомку один из двух аллелей данного гена через половую клетку. Если у высокого растения генотип AA, все его гаметы несут A; у низкого растения aa все гаметы несут a. При соединении этих гамет потомки получают сочетание Aa. Если A доминирует над a, все они будут высокими, хотя каждый получил аллель от обоих родителей.

Наследственная изменчивость возникает, когда у потомства складываются новые сочетания родительских аллелей, а также при изменениях самих генов или хромосом. Такие различия затрагивают наследственный материал и могут передаваться следующим поколениям. Ненаследственная изменчивость появляется под влиянием условий среды: например, питание и освещение могут изменить рост растения. В этом случае меняется проявление признака, но не обязательно его наследственная основа.

Среда влияет на организм, потому что развитие признаков происходит в конкретных условиях: при разном питании, температуре или освещении результат может отличаться. Однако изменение внешнего проявления не означает, что изменилась последовательность наследственной информации. Это различие важно: наследственные варианты могут передаваться потомству, а приобретённые под действием среды особенности обычно остаются у самого организма. Поэтому для объяснения признака учитывают и наследственность, и условия жизни.

Наследственность и изменчивость организмов

Сравнивайте явления по строкам: например, причины изменчивости не сводятся только к генам, потому что на признаки действует и среда. Если нужно определить, передастся ли изменение потомству, проверьте, затронут ли наследственный материал. Таблица также показывает, что наследственность и изменчивость действуют одновременно, а не исключают друг друга.

Разбор задач

Задача 1. У растения высокий стебель (A) доминирует над низким (a). Скрестили гомозиготное высокое растение AA с низким aa. Нужно определить генотипы и фенотипы потомства. Сначала выясним, какие аллели могут попасть в половые клетки родителей.

1. Запишем генотипы родителей: AA × aa. Первый родитель образует гаметы только с аллелем A, второй — только с аллелем a. Это следует из того, что оба аллеля каждого родителя одинаковы.

2. Соединим аллели гамет: каждый потомок получает A от высокого растения и a от низкого. Поэтому все сочетания одинаковы — Aa. Другого генотипа в этом скрещивании появиться не может.

3. Определим проявление признака: аллель A доминирует, поэтому растения Aa будут высокими. Генотип потомства — 100% Aa, фенотип — 100% высокие растения.

Ответ: все потомки имеют генотип Aa и высокий стебель.

Задача 2. У гороха жёлтая окраска семян (A) доминирует над зелёной (a). Скрестили два растения Aa. Требуется найти возможные генотипы и соотношение фенотипов. В отличие от первого случая, каждый родитель может передать любой из двух разных аллелей.

1. Запишем скрещивание Aa × Aa. Каждый родитель образует два типа гамет: A и a. При случайном соединении гамет возможны четыре равновероятных сочетания.

2. Составим сочетания: A с A даёт AA, A с a — Aa, a с A — Aa, a с a — aa. Получается соотношение генотипов 1 AA : 2 Aa : 1 aa. Два сочетания Aa считаются отдельно, потому что возникают разными путями, но имеют одинаковый генотип.

3. У генотипов AA и Aa семена жёлтые, так как в обоих случаях есть доминантный аллель A. Зелёными будут только семена aa. Поэтому фенотипическое соотношение составляет 3 жёлтых : 1 зелёное.

Ответ: генотипы AA, Aa и aa в соотношении 1:2:1; фенотипы — жёлтые и зелёные в соотношении 3:1.

Задача 3. У человека признак условно определяется аллелями A и a, причём A доминирует над a. Оба родителя имеют доминантный признак, но у них родился ребёнок с рецессивным. Найдём генотипы родителей и вероятность рождения ребёнка с рецессивным признаком.

1. Рецессивный признак проявляется у ребёнка только при генотипе aa. Значит, один аллель a он получил от каждого родителя. Оба родителя должны иметь аллель a, но проявлять доминантный признак.

2. Следовательно, генотип каждого родителя — Aa: генотипы AA не подходят, потому что такие родители не передали бы аллель a. Скрещивание имеет вид Aa × Aa. Оно даёт сочетания AA, Aa, Aa и aa.

3. Только одно из четырёх сочетаний — aa, поэтому вероятность рецессивного признака при каждом рождении равна ¼, или 25%. Речь идёт о вероятности для каждого отдельного ребёнка, а не о гарантированном числе детей с этим признаком в семье.

Ответ: родители Aa и Aa; вероятность рождения ребёнка с рецессивным признаком — ¼, или 25%.

Типичные ошибки

Неверно считать наследственность и изменчивость двумя названиями одного процесса или явлениями, которые полностью исключают друг друга. Так думают, потому что передача похожих признаков и появление различий кажутся противоположными результатами. Проверь себя: наследственность объясняет, что передаётся, а изменчивость — почему потомки и особи могут различаться.

Путаница генотипа и фенотипа возникает, когда наследственный задаток принимают за уже проявившийся признак. Но при доминировании рецессивный аллель может присутствовать в генотипе и не быть заметным в фенотипе. Чтобы проверить ответ, запиши аллели отдельно от описания внешнего проявления: Aa — генотип, высокий стебель — фенотип.

Нельзя заключать, что доминантный признак чаще встречается в популяции только потому, что он доминирует. Это заблуждение появляется из-за слова «доминантный», которое ошибочно понимают как «самый распространённый». Проверь себя: доминирование описывает, какой аллель проявится у гибрида, а частота признака зависит от того, насколько распространены соответствующие аллели в группе организмов.

Не всякое изменение признака наследуется: среда может изменить проявление, не затрагивая гены и хромосомы. Ошибку допускают, когда видимое изменение сразу считают изменением наследственной информации. Проверь, затронут ли наследственный материал и может ли изменение передаваться через половые клетки; приобретённые под влиянием среды особенности обычно потомству не передаются.

Связь с другими темами

Для понимания темы нужны знания о строении клетки, роли ядра и хромосом, а также об основах строения ДНК. Связь с размножением и делением клеток объясняет, как наследственная информация попадает в половые клетки и затем к потомству. Далее эти понятия понадобятся при изучении генетики и селекции, где признаки анализируют и используют при выборе организмов для размножения. Они также помогают понять эволюцию: наследственные различия создают материал, на котором действуют изменения условий жизни.

Что запомнить

• Наследственность обеспечивает передачу признаков от родителей потомству.
• Изменчивость приводит к различиям между организмами.
• Гены расположены в хромосомах и связаны с развитием признаков.
• Потомок получает наследственный материал от обоих родителей.
• Генотип — наследственные задатки организма, фенотип — совокупность проявившихся признаков.
• Изменчивость бывает наследственной и ненаследственной.