§ 24. Наследственная изменчивость

Определения и обозначения

Наследственная изменчивость — способность организмов приобретать различия, обусловленные изменениями генотипа и передающиеся потомкам. Генотип — совокупность генов организма, поэтому это определение помогает отличать наследственные различия от временных изменений под влиянием среды.

Комбинативная изменчивость — появление новых сочетаний уже существующих аллелей при половом размножении. Аллели — разные варианты одного гена; сама комбинация нужна для объяснения, почему у потомков появляются новые сочетания признаков без возникновения новых генов.

Мутационная изменчивость — возникновение наследственных изменений в результате мутаций. Она выделяется отдельно, потому что при ней меняется генетический материал, а не только порядок уже имеющихся вариантов генов.

Мутация — устойчивое изменение генетического материала, которое может затрагивать ген, хромосому или набор хромосом. Это понятие позволяет определить уровень изменения и понять, почему одни мутации влияют на отдельный признак, а другие — на работу всего организма.

Как это устроено

Наследственная изменчивость связана с генотипом, потому что именно ДНК хранит программу развития признаков. Если меняется последовательность ДНК или сочетание её вариантов, изменение может проявиться в фенотипе и попасть к потомкам. Модификация, напротив, возникает из-за условий среды: например, загар меняет внешний вид кожи, но обычно не перестраивает гены клеток. Поэтому изменение признака само по себе ещё не доказывает его наследственный характер.

Кроссинговер происходит в мейозе и заключается в обмене участками между гомологичными хромосомами. Независимое расхождение хромосом распределяет материнские и отцовские хромосомы по гаметам в разных сочетаниях. При оплодотворении случайно встречаются гаметы двух родителей, и их объединение даёт ещё больше вариантов генотипов. Так появляются новые сочетания аллелей без обязательного возникновения нового гена.

Генная мутация изменяет участок ДНК внутри гена, поэтому может изменить строение белка или количество его образования. Хромосомная мутация перестраивает саму хромосому: возможны потеря, удвоение, поворот или перенос её участка. Геномная мутация меняет число хромосом в наборе. Если изменение возникло в половой клетке или её предшественнике, оно может перейти к потомству и проявиться в следующих поколениях.

Мутации иногда возникают самопроизвольно из-за ошибок копирования ДНК, нарушений деления клеток или естественных химических процессов. Их частоту повышают мутагены — факторы, вызывающие или усиливающие мутации. К физическим мутагенам относят радиацию и ультрафиолет, к химическим — некоторые ядовитые соединения, а к биологическим — отдельные вирусы. Действие мутагена не означает заранее определённого результата: конкретное изменение может оказаться разным.

Для естественного отбора наследственная изменчивость служит исходным материалом, поскольку различия могут влиять на выживание и размножение. Полезные варианты при подходящих условиях встречаются в последующих поколениях чаще, а неблагоприятные обычно отсеиваются. В селекции человек отбирает нужные наследственные признаки и сочетает их в потомстве. При этом большинство мутаций не даёт преимущества: они бывают вредными или нейтральными, но без разнообразия отбор не смог бы действовать.

Сравнение основных форм наследственной изменчивости

Чтобы пользоваться таблицей, сначала определите, изменился ли сам генетический материал или только сочетание его вариантов. Затем проверьте связь явления с мейозом и оплодотворением. Если описано повреждение гена, хромосомы или набора хромосом, речь идёт о мутационной изменчивости.

Разбор задач

Задача 1

У детей одних родителей появились разные сочетания признаков, хотя новых генов не возникло. Нужно определить форму изменчивости и объяснить её причину.

1. Отмечаем, что новые гены не появились, значит, изменение не является мутацией.
2. Связываем различия с половым размножением: в мейозе происходит независимое расхождение хромосом и кроссинговер.
3. Учитываем случайное слияние гамет, которое объединяет разные наборы аллелей.

Ответ: это комбинативная изменчивость. Её причина — образование разных гамет и случайное оплодотворение, создающие новые сочетания уже существующих аллелей.

Задача 2

Изменение окраски тела животного появилось после воздействия радиации. Нужно выяснить, при каком условии оно передастся потомству.

1. Радиация относится к физическим мутагенам, поэтому могла вызвать мутацию в ДНК.
2. Определяем, в какой клетке произошло повреждение: в клетке тела или в половой клетке либо её предшественнике.
3. Только во втором случае изменённый генетический материал попадёт в гамету и сможет оказаться у потомка.

Ответ: признак может наследоваться только при повреждении половых клеток или клеток, из которых они образуются. Мутация в обычной клетке тела потомкам при половом размножении не передаётся.

Задача 3

У одного потомка новый вариант признака возник из-за случайного сочетания аллелей, а у другого произошла потеря участка хромосомы. Требуется сравнить форму, механизм и результат.

1. Случайное сочетание аллелей указывает на комбинативную изменчивость: генотип составлен из уже существовавших вариантов.
2. Потеря участка хромосомы означает хромосомную мутацию, то есть мутационную изменчивость.
3. В первом случае результатом становится новое сочетание признаков, во втором может нарушиться работа нескольких генов.

Ответ: первая ситуация связана с мейозом и оплодотворением и обычно создаёт новое сочетание признаков. Вторая вызвана хромосомной перестройкой и может привести к серьёзным нарушениям, хотя итог зависит от места и размера утраченного участка.

Типичные ошибки

Ошибка 1. Считать любое изменение признака наследственным. Так происходит из-за смешения генотипа с фенотипом: признак может измениться под влиянием температуры, питания или света. Проверьте себя вопросом: изменился ли генетический материал и может ли изменение перейти к потомкам?

Ошибка 2. Путать комбинативную изменчивость с появлением новых генов. При комбинации кроссинговер и оплодотворение меняют сочетание аллелей, но не создают новый ген из ничего. Если в условии говорится о повреждении ДНК, ищите мутационную изменчивость.

Ошибка 3. Утверждать, что любая мутация вредна. Мутация может нарушить работу организма, не повлиять на неё или дать преимущество в определённых условиях. Для проверки нужно оценить результат изменения, а не только сам факт его возникновения.

Ошибка 4. Считать, что мутация всегда передаётся потомкам. Наследование возможно только при изменении половых клеток или их предшественников. Уточняйте тип клетки, в которой возникла мутация.

Связь с другими темами

Для понимания темы нужны знания о гене, ДНК, хромосомах, генотипе и фенотипе. Мейоз, образование гамет, кроссинговер и оплодотворение объясняют появление новых сочетаний аллелей. Наследственная изменчивость связана с естественным отбором, эволюцией и селекцией, потому что поставляет материал для отбора. Она также помогает понять причины некоторых наследственных заболеваний.

Что запомнить

• Наследственная изменчивость обусловлена изменениями генотипа.
• Комбинативная изменчивость создаёт новые сочетания уже существующих аллелей.
• Мутационная изменчивость возникает вследствие изменений генетического материала.
• Мутации бывают генными, хромосомными и геномными.
• Мутагенами называют факторы, повышающие частоту мутаций.
• Наследуются мутации, возникшие в половых клетках или их предшественниках.
• Наследственная изменчивость обеспечивает материал для отбора и селекции.