"Биология", Пасечник В.В., Каменский А.А., Швецов Г.Г. / Под ред. Пасечника В.В.
Онтогенез — развитие организма от его возникновения до смерти. Оно зависит не только от наследственной программы, но и от условий среды: температуры, питания, освещённости и других факторов. Поэтому организмы с одинаковым генотипом могут различаться по некоторым признакам, хотя такие изменения ограничены нормой реакции и обычно не наследуются. Особенно сильное влияние среда оказывает в критические периоды развития, когда формируются важные органы и системы.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Онтогенез — индивидуальное развитие организма от его возникновения до смерти. Наследственная программа задаёт возможности развития, но реализуется она в конкретных условиях среды. Поэтому для понимания признаков организма нужно учитывать и наследственность, и то, в каких условиях он развивался.
Модификационная изменчивость — изменения признаков под влиянием условий среды, не связанные с изменением генотипа. Например, особенности питания могут повлиять на рост организма, не изменив его наследственную программу. Это понятие помогает отличать временное или средовое проявление признака от наследственного изменения.
Норма реакции — пределы, в которых признак может изменяться под влиянием среды при одном и том же генотипе. Условия могут сдвигать проявление признака, но не бесконечно: возможности ограничены наследственными особенностями организма. Понятие нормы реакции объясняет, почему среда влияет на признаки, но не может произвольно изменить любой из них.
Критический период развития — этап онтогенеза, когда организм особенно чувствителен к воздействию внешних факторов. В это время формируются важные структуры или процессы, поэтому неблагоприятное влияние может иметь серьёзные последствия. Это понятие помогает оценить, почему срок воздействия иногда не менее важен, чем его сила.
Развитие организма нельзя объяснить только наследственностью или только средой: эти условия действуют вместе. Генотип содержит наследственную программу, а среда влияет на то, как именно она проявится. Поэтому два организма с одинаковым генотипом могут отличаться по некоторым признакам, если развивались в разных условиях. При этом среда не создаёт любые признаки по своему желанию, а влияет на проявление тех возможностей, которые заданы наследственностью.
Температура, освещённость и питание могут менять скорость роста, размеры и состояние организма. Причина в том, что эти условия влияют на процессы жизнедеятельности: например, доступность ресурсов определяет, сколько веществ организм может использовать для роста. Свет важен для растений, а неподходящая температура способна замедлять развитие. Такие воздействия изменяют проявление признака, но сами по себе не означают изменения генотипа.
Изменения признака имеют пределы, потому что его развитие связано с наследственными особенностями организма. Эти пределы и называют нормой реакции. У одного признака диапазон изменений может быть широким, у другого — узким; он зависит и от самого признака, и от генотипа. Поэтому модификационная изменчивость показывает, как среда влияет на фенотип, но не равна наследственной изменчивости, связанной с изменением наследственного материала.
Чувствительность к внешним факторам неодинакова на протяжении онтогенеза. На разных этапах организм растёт и формирует разные структуры, поэтому воздействие, которое в один момент почти не заметно, в другой может нарушить развитие. Особенно уязвимы критические периоды, когда закладываются или активно формируются важные органы и системы. Чем значимее происходящий в этот срок процесс, тем серьёзнее могут быть последствия его нарушения.
Развитие зародыша человека особенно важно рассматривать с учётом сроков. Вредные химические вещества, инфекции и другие неблагоприятные воздействия могут нарушить формирование органов и систем, если приходятся на чувствительный этап. Воздействие, способное вызвать нарушения развития зародыша, называют тератогенным фактором. Результат зависит от того, какой фактор действовал, насколько сильным было воздействие и на каком этапе оно произошло.
| Фактор или понятие | Как влияет на развитие | Когда особенно значим | Возможное последствие |
|---|---|---|---|
| Температура | Влияет на скорость жизненных процессов и роста | При активном росте и развитии | Замедление или нарушение развития |
| Питание | Обеспечивает организм веществами для роста | В периоды интенсивного роста | Недостаточный рост или задержка развития |
| Освещённость | Влияет на рост и проявление признаков, особенно у растений | При росте побегов и развитии растения | Изменение высоты и других признаков |
| Химические и биологические воздействия | Могут нарушать процессы развития | В чувствительные этапы, включая развитие зародыша | Нарушение формирования органов и систем |
| Критический период развития | Организм особенно чувствителен к внешним воздействиям | Во время формирования важных структур | Последствия могут быть особенно серьёзными |
Сначала определите, какой фактор действует, затем сопоставьте его влияние с этапом развития организма. Последний столбец показывает возможный результат, а не неизбежное последствие: он зависит от силы и длительности воздействия. Таблица помогает увидеть, почему один и тот же фактор может быть опаснее в одни периоды, чем в другие.
Задача 1. У растений одного вида при разной освещённости различается высота побегов. Нужно определить, является ли это модификационной изменчивостью. Сравним условия выращивания и выясним, изменился ли генотип.
Ответ: да, это пример модификационной изменчивости, если различия вызваны освещённостью, а генотип растений не менялся. Среда повлияла на проявление признака, а не обязательно на наследственный материал. Такие изменения обычно не передаются потомству.
Задача 2. У двух организмов с одинаковым генотипом признак изменяется при разных условиях среды. Почему изменения не выходят за определённые пределы? Нужно объяснить, что ограничивает возможный разброс значений признака.
Ответ: изменения ограничены нормой реакции. Условия среды могут вызвать разные проявления признака, но только в пределах, допускаемых генотипом. За этими пределами обычное влияние среды не может произвольно изменить признак.
Задача 3. Беременная женщина подверглась воздействию вредного фактора на разных этапах развития зародыша. Объясните, почему последствия могут различаться. Для решения нужно сопоставить срок воздействия с тем, какие процессы развития происходят в этот момент.
Ответ: последствия могут различаться из-за срока воздействия и особенностей критического периода. Один и тот же вредный фактор может по-разному повлиять на зародыш в зависимости от того, какие органы формируются в этот момент. Значение имеют также сила и длительность воздействия.
Ошибка — считать, что любое изменение признака под влиянием среды меняет генотип. Так думают, потому что связывают видимое изменение с изменением наследственности, хотя фенотип может меняться без перемен в генотипе. Проверьте себя: если признак изменился при новых условиях, это ещё не доказывает, что изменился наследственный материал.
Ошибка — полагать, что модификационные изменения обязательно передаются потомству. Их путают с наследственными изменениями, потому что и те и другие могут быть заметны по признакам организма. Чтобы проверить вывод, спросите, изменился ли генотип: модификации обычно затрагивают проявление признака и, как правило, не наследуются.
Ошибка — считать норму реакции одинаковой для всех признаков и организмов. Такое впечатление возникает, если воспринимать её как общий предел влияния среды, но диапазон зависит от конкретного признака и генотипа. Проверяйте, о каком признаке и каком организме идёт речь, прежде чем делать вывод о возможных пределах изменений.
Ошибка — думать, что внешние воздействия одинаково опасны на всех этапах развития. Причина ошибки — представление об организме как о неизменном по чувствительности: в действительности разные структуры формируются в разное время. Уточните срок воздействия; если он совпал с критическим периодом, риск нарушения развития может быть выше.
Для понимания темы нужно знать, что такое генотип и фенотип, а также различать наследственность и изменчивость. Генотип связан с наследственной программой, а фенотип — с проявляющимися признаками организма. Это различие помогает понять, почему среда может менять признаки, не меняя генотип.
Тема пригодится при изучении эмбрионального развития и генетики человека: она помогает объяснить, почему сроки воздействия на зародыш имеют значение. Знание о критических периодах связано и с профилактикой нарушений развития. Оно позволяет оценивать возможные риски вредных факторов, не сводя последствия к одному только их наличию.
Может ли один и тот же генотип давать разные признаки?
Да. Условия среды могут менять проявление признаков у организмов с одинаковым генотипом. Например, при разной освещённости побеги растений одного вида могут вырасти неодинаковой высоты.
Почему изменения, вызванные условиями среды, обычно не наследуются?
Обычно среда меняет проявление признака, а не наследственный материал — генотип. Поэтому такие изменения не передаются потомству как новые наследственные признаки.
Что означает норма реакции?
Это пределы, в которых признак может изменяться под влиянием среды при одном и том же генотипе. Пределы нормы реакции зависят от генотипа и конкретного признака.
Почему некоторые этапы развития называют критическими?
В такие периоды организм особенно чувствителен к внешним воздействиям. Если в это время нарушается развитие, последствия могут затронуть формирование органов и систем.
Какие внешние факторы могут повлиять на развитие зародыша?
На зародыш могут воздействовать вредные химические вещества, инфекции, недостаток питания и другие неблагоприятные условия. Их последствия зависят от силы воздействия и срока, на котором оно произошло.
§ 14. Влияние факторв внешней среды на онтогенез
