§ 20. Основные формы изменчивости. Генотипическая изменчивость

Определения и обозначения

Изменчивость — способность организмов приобретать различия между собой и потомками. Благодаря ей особи одного вида отличаются окраской, размерами, особенностями обмена веществ и другими признаками. Изменчивость создаёт разнообразие, на котором могут действовать естественный отбор и селекция.

Генотипическая изменчивость — изменения признаков, обусловленные изменениями или сочетаниями генов и способные передаваться потомкам. Генотип — совокупность генов организма, поэтому его изменение может повлиять на фенотип, то есть на наблюдаемые признаки. Это главная форма наследственного разнообразия.

Комбинативная изменчивость — появление новых сочетаний генов при половом размножении. Сами варианты генов при этом обычно не возникают заново, а соединяются в новой комбинации. Так объясняются многие различия между детьми одних родителей.

Мутационная изменчивость — возникновение наследуемых изменений генетического материала, которые называют мутациями. Они могут затрагивать отдельный ген, хромосому или весь набор хромосом. Мутации иногда меняют признаки организма и расширяют наследственное разнообразие.

Модификационная изменчивость — изменения признаков под влиянием условий среды без изменения генотипа. Например, освещение, питание или температура могут изменить внешний вид и работу организма. Такие изменения обычно не передаются потомкам.

Как это устроено

Изменчивость создаёт различия между организмами одного вида, потому что наследственный материал сочетается и изменяется неодинаково. Среда также по-разному влияет на особей с разными генотипами. Если различие повышает выживание или успешность размножения, естественный отбор может сохранить его в поколениях.

Наследственная, или генотипическая, изменчивость связана с ДНК и может перейти к потомкам через половые клетки. Модификационная изменчивость затрагивает проявление признака, а не саму наследственную программу. Поэтому после изменения условий признак часто возвращается к обычному состоянию и не закрепляется в потомстве.

Комбинативная изменчивость возникает при образовании половых клеток и оплодотворении. Кроссовер — обмен участками между гомологичными хромосомами — создаёт новые сочетания аллелей. Независимое расхождение хромосом распределяет их по гаметам разными способами, а случайное сочетание мужской и женской гамет ещё больше увеличивает число вариантов.

Мутации появляются при изменении генетического материала. Генная мутация затрагивает последовательность ДНК одного гена, хромосомная меняет строение хромосомы, а геномная изменяет число хромосом или наборов хромосом. В результате может измениться белок, работа клетки и проявление признака.

Генотипическая изменчивость передаётся потомкам, когда изменение находится в половых клетках или клетках, из которых они образуются. Мутация в клетке кожи может изменить только небольшой участок ткани и исчезнуть вместе с ним. Поэтому для наследования недостаточно самого факта изменения: оно должно попасть в генетический материал будущей гаметы.

Формы изменчивости и их особенности

Сначала определите причину изменения, затем проверьте, изменился ли генотип. Если признак вызван средой, это модификация; если появились новые сочетания прежних генов, это комбинативная форма. При изменении самого генетического материала говорят о мутационной изменчивости.

Разбор задач

Задача 1. Определение формы изменчивости

Нужно распределить загар кожи летом, различия в группе крови у детей одних родителей и появление альбинизма вследствие изменения гена. У каждого примера своя причина возникновения признака. Поэтому нельзя ориентироваться только на внешний вид изменения.

1. Загар появляется из-за воздействия ультрафиолетового излучения, значит, это модификационная изменчивость.
2. Различия группы крови связаны с разными сочетаниями аллелей, полученными от родителей, значит, это комбинативная изменчивость.
3. Альбинизм возник из-за изменения гена, следовательно, пример относится к мутационной изменчивости.

Ответ: загар — модификационная изменчивость; различия группы крови — комбинативная; альбинизм из-за изменения гена — мутационная.

Задача 2. Почему братья и сёстры отличаются

Родные дети имеют общих родителей, но получают не одинаковые наборы генов. Причина не в том, что родители передают детям случайные признаки без закономерности, а в особенностях образования гамет и оплодотворения. Нужно проследить три источника новых сочетаний.

1. Кроссовер обменивает участки гомологичных хромосом и создаёт хромосомы с новыми комбинациями генов.
2. При мейозе хромосомы независимо расходятся в половые клетки, поэтому гаметы одного человека генетически различаются.
3. Оплодотворение случайно: любая мужская гамета может встретиться с любой женской, образуя особый генотип ребёнка.

Ответ: братья и сёстры отличаются из-за комбинативной изменчивости. Общие родители дают им сходный набор возможных генов, но конкретные сочетания у детей обычно разные.

Задача 3. Изменение гена окраски цветка

У растения изменился ген, определяющий окраску цветка. Нужно назвать форму изменчивости и выяснить, может ли новый признак перейти к потомству. Решение зависит не только от вида изменения, но и от того, в какой клетке произошла мутация.

1. Изменение гена — это мутационная, то есть генотипическая, изменчивость.
2. Если мутация возникла в половой клетке или её предшественнике, она может попасть в зиготу и передаться потомству.
3. Если мутация произошла только в соматической клетке, она обычно останется у части растения и не унаследуется.

Ответ: это мутационная изменчивость. Признак передастся потомкам при изменении половых клеток или их предшественников; для соматической мутации такая передача обычно невозможна.

Типичные ошибки

Ошибка: считать любое изменение внешнего вида наследственным. Её допускают, когда не учитывают питание, освещение, температуру и другие условия среды. Проверка простая: спросите, изменился ли генотип и сохранится ли признак после смены условий.

Ошибка: путать комбинативную изменчивость с мутационной. Комбинативная создаёт новые сочетания уже имеющихся генов, а мутационная изменяет генетический материал. Чтобы не ошибиться, выясните, появились ли новые варианты генов или изменилось только их сочетание.

Ошибка: утверждать, что любая мутация вредна. Её последствия зависят от места изменения, функции гена и условий среды, поэтому мутации бывают вредными, полезными или нейтральными. Проверяйте не само наличие мутации, а её влияние на организм.

Ошибка: считать, что изменение в организме родителя обязательно передастся детям. Соматическая мутация затрагивает клетки тела, но обычно не попадает в гаметы. Для проверки определите, возникло ли изменение в половых клетках или их предшественниках.

Связь с другими темами

Для понимания темы нужны знания о клетке, хромосомах, генах, аллелях, генотипе и фенотипе, а также основы митоза и мейоза. Эти понятия объясняют, где хранится наследственная информация и как она распределяется. Без них трудно различить изменение генотипа и изменение проявления признака.

С генетикой тема связана через законы наследования. Они показывают, как признаки передаются от родителей к потомкам и почему при половом размножении возникают разные сочетания аллелей. Комбинативная изменчивость является практическим результатом этих процессов.

Дальше знания об изменчивости понадобятся при изучении эволюции, естественного отбора и селекции. Они помогают понять происхождение наследственного разнообразия и появление новых сортов и пород. Мутации также связаны с изучением наследственных заболеваний.

Что запомнить

• Изменчивость создаёт различия между организмами.
• Генотипическая изменчивость связана с изменением или сочетанием генов.
• Комбинативная изменчивость возникает при половом размножении.
• Мутационная изменчивость обусловлена мутациями.
• Генотипические изменения могут наследоваться.
• Модификационная изменчивость вызывается условиями среды и обычно не наследуется.
• Генотипическая изменчивость служит материалом для естественного отбора.