§ 36. Изменчивость

Определения и обозначения

Изменчивость — свойство организмов приобретать различия между собой и отличия от родителей. Она объясняет, почему особи одного вида не полностью одинаковы. Разнообразие признаков помогает живым организмам существовать в меняющихся условиях и служит основой для эволюционных изменений.

Модификационная изменчивость — изменения признаков под влиянием условий среды, которые не затрагивают генотип и обычно не передаются потомкам. Например, освещение может влиять на размер листьев. Это понятие помогает отличать временное изменение проявления признака от наследственного изменения.

Наследственная изменчивость — изменения признаков, связанные с изменениями генетического материала или новыми сочетаниями генов и способные передаваться потомкам. К ней относятся комбинативная и мутационная изменчивость. Такое различие важно, чтобы понять, какие особенности могут сохраняться в следующих поколениях.

Норма реакции — пределы, в которых один и тот же генотип может формировать признак в зависимости от условий среды. Например, питание и освещение могут влиять на рост, но не могут изменить его безгранично. Понятие нормы реакции показывает, где заканчиваются возможные модификации признака.

Как это устроено

Признак организма зависит и от наследственности, и от условий среды. Гены задают возможности развития, а питание, температура, свет и другие факторы влияют на то, как эти возможности проявятся. Поэтому организмы с похожим генотипом могут выглядеть неодинаково, а одинаковое воздействие не обязательно даст у всех один результат.

Модификация появляется, когда условия среды меняют работу организма или ход его развития, не меняя генотип. Такие изменения имеют направленный характер: например, при недостатке света растения обычно формируют листья иначе, чем на ярко освещённом месте. Но среда действует только в пределах нормы реакции, поэтому один и тот же генотип не может сформировать признак в любых возможных вариантах. Когда условия меняются, модификация обычно исчезает; это не означает, что она не может сохраняться некоторое время в течение жизни организма.

Комбинативная изменчивость возникает не из-за появления новых генов, а из-за новых сочетаний имеющихся. При мейозе — делении, в ходе которого образуются половые клетки, — пары аллелей расходятся по разным гаметам. Во время оплодотворения гаметы родителей соединяются, и их генетический материал случайно объединяется. Поэтому у потомка может появиться сочетание признаков, которого не было ни у одного из родителей.

Мутация — изменение генетического материала; она может затронуть ген или более крупный участок наследственного материала. Мутации возникают случайно, а не потому, что организм специально приспосабливается к нужному условию. Их последствия зависят от того, какое изменение произошло и как оно повлияло на организм: мутация может быть полезной, вредной или нейтральной. Если изменение присутствует в половых клетках или их предшественниках, оно может передаться потомству.

Чтобы изучать изменчивость признака в группе, значения сначала располагают по порядку и получают вариационный ряд. Затем подсчитывают частоту каждого значения — сколько раз оно встретилось. Если отложить значения признака по горизонтали, а их частоты по вертикали, получится вариационная кривая. Она помогает увидеть, какие значения распространены чаще: нередко максимум приходится на средние, а крайние встречаются реже.

Основные виды изменчивости

Сравнивайте виды изменчивости по двум главным вопросам: изменился ли генотип и может ли изменение перейти к потомкам. Примеры помогают связать механизм с наблюдаемым признаком. Биологическое значение показывает, как каждый тип изменений влияет на организм и разнообразие популяции.

Разбор задач

Задача 1. У растений одного вида листья, выросшие на свету и в тени, имеют разный размер. Определите вид изменчивости и объясните, передастся ли различие потомкам.

1. Сравниваем условия: растения росли при разном освещении.
2. Размер листьев изменился под влиянием среды, поэтому это модификационная изменчивость.
3. Из условия не следует, что изменился генотип; значит, наследственного изменения нет.
4. Проверяем, может ли такой признак перейти к потомкам: само различие, вызванное освещением, генетически не передаётся.

Ответ: это модификационная изменчивость; различие в размере листьев обычно не передастся потомкам, хотя при иных условиях их листья могут вырасти иначе.

Задача 2. У родителей с генотипами Aa и Aa родился ребёнок с генотипом aa. Какой механизм изменчивости привёл к такому сочетанию аллелей?

1. Каждый родитель имеет аллели A и a, поэтому при образовании гамет они расходятся.
2. Каждый из родителей может передать гамету с аллелем a.
3. При оплодотворении гаметы случайно соединяются; если обе несут a, у ребёнка получается генотип aa.
4. Новые аллели не возникли: изменилось их сочетание, значит, речь идёт о комбинативной изменчивости.

Ответ: генотип aa появился благодаря расхождению аллелей при образовании гамет и их случайному сочетанию при оплодотворении. Это комбинативная изменчивость.

Задача 3. Высота стеблей растений составила 12, 14, 15, 15, 16, 17, 17, 17, 18, 20, 23 см. Постройте вариационный ряд, найдите наиболее частое значение и объясните распределение.

1. Записываем значения по возрастанию: они уже расположены в нужном порядке.
2. Подсчитываем, сколько раз встречается каждая высота: 15 см — два раза, 17 см — три раза, остальные значения — по одному разу.
3. Наиболее частое значение — 17 см, поскольку его частота равна трём.
4. Для вариационной кривой откладываем значения высоты по горизонтали, а частоты — по вертикали; вершина будет у 17 см.

Ответ: вариационный ряд — 12, 14, 15, 15, 16, 17, 17, 17, 18, 20, 23 см; чаще всего встречается высота 17 см. Распределение показывает, сколько растений имеет каждое значение признака.

Типичные ошибки

Ошибка — считать любое приобретённое организмом изменение наследственным. Её допускают, смешивая фенотип, то есть проявившиеся признаки, с генотипом — наследственным набором генов. Чтобы проверить себя, спросите: изменился ли генетический материал и может ли изменение передаться через половые клетки?

Ошибка — утверждать, что модификации никогда не сохраняются. Некоторые изменения могут оставаться у организма некоторое время, но обычно исчезают при смене условий и не передаются генетически. Проверяйте, говорите ли вы о сохранении признака в течение жизни или о наследовании потомками.

Ошибка — считать мутации всегда вредными. Такой вывод возникает, если замечают только болезни, вызванные некоторыми мутациями, и забывают о нейтральных и полезных изменениях. Проверка проста: оценивайте влияние мутации на организм и условия жизни, а не сам факт изменения генетического материала.

Ошибка — путать норму реакции с изменением генотипа. Норма реакции описывает диапазон проявления признака у одного генотипа, а не новые варианты генов. Чтобы проверить себя, представьте один и тот же генотип в разных условиях и отделите возможные изменения признака от наследственных изменений.

Связь с другими темами

Для понимания темы нужно различать генотип и фенотип, знать роль генов и помнить, что условия среды влияют на проявление признаков. Комбинативную изменчивость легче объяснить, если вспомнить мейоз, образование гамет и оплодотворение. Эти знания пригодятся при изучении наследственности, естественного отбора, эволюции, селекции и наследственных заболеваний: изменчивость создаёт различия, а наследование определяет, какие из них могут сохраняться в поколениях.

Что запомнить

• Изменчивость — источник различий между организмами.
• Модификационная изменчивость вызывается условиями среды и не изменяет генотип.
• Норма реакции задаёт пределы проявления признака у данного генотипа.
• Наследственная изменчивость связана с генетическим материалом и может передаваться потомкам.
• Комбинативная изменчивость возникает благодаря новым сочетаниям генов.
• Мутационная изменчивость возникает из-за изменений генетического материала.
• Вариационный ряд показывает последовательность значений признака, а вариационная кривая — частоту их встречаемости.