"Биология (углублённый уровень)", Высоцкая Л.В., Дымшиц Г.М., Рувинский А.О. и др./ Под ред. Шумного В.К., Дымшица Г.М.
Наследственность сохраняет признаки организмов и передаёт их потомству, а изменчивость создаёт различия между особями. Вместе эти свойства объясняют и сходство поколений, и разнообразие живых организмов. Закономерности наследования описывают, как варианты генов переходят от родителей к потомству и сочетаются при размножении. Понимание генотипа, фенотипа и влияния среды помогает решать генетические задачи и видеть связь генетики с селекцией, медициной и эволюцией.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Наследственность — способность организмов сохранять и передавать потомству признаки. Благодаря ей дочерние организмы получают генетическую информацию родителей и сохраняют характерные черты вида. Она обеспечивает преемственность поколений, хотя потомки не являются точными копиями родителей. Передача наследственной информации происходит через половые клетки.
Изменчивость — способность организмов приобретать различия. Потомки могут отличаться от родителей, потому что получают различные сочетания наследственных вариантов, а условия среды влияют на развитие признаков. Изменчивость объясняет разнообразие особей внутри вида. Её наследственные формы могут передаваться следующим поколениям.
Ген — участок ДНК, связанный с определённым признаком или его развитием. Он содержит наследственную информацию, но проявление признака может зависеть и от других генов, и от среды. Варианты одного гена называют аллелями: они могут различаться последовательностью ДНК и влиять на признак по-разному. Аллели поступают к потомку от родителей через половые клетки.
Генотип — совокупность наследственных задатков организма, а фенотип — совокупность его наблюдаемых признаков. Генотип задаёт возможности развития, а среда влияет на то, как эти возможности реализуются. Поэтому одинаковые генотипы не всегда приводят к полностью одинаковому внешнему виду. Различные генотипы тоже могут проявляться сходно, например при доминировании одного аллеля.
При половом размножении половые клетки несут наследственную информацию, а при оплодотворении она объединяется. Поэтому потомок получает наследственные задатки от обоих родителей и часто имеет с ними общие признаки. Передача генов между поколениями помогает сохранять особенности вида. При этом новые организмы не повторяют одного родителя полностью: они получают сочетание наследственной информации двух организмов.
Разнообразие потомства возникает потому, что аллели одного гена могут отличаться, а при образовании половых клеток и оплодотворении они сочетаются по-разному. В результате у потомков могут появиться разные генотипы, даже если родители внешне похожи. На проявление некоторых признаков дополнительно воздействует среда. Это объясняет, почему сходство с родителями сочетается с индивидуальными различиями.
Грегор Мендель изучал горох и сравнивал альтернативные признаки — варианты одного признака, например жёлтую и зелёную окраску семян. Растения с устойчиво передаваемыми признаками позволяли понять, какие наследственные варианты передаются потомству; такие организмы относят к чистым линиям. Мендель проводил контролируемые скрещивания и подсчитывал большое число потомков. Подсчёт помогал выявить закономерные соотношения, которые невозможно надёжно определить по нескольким отдельным растениям.
При полном доминировании у гетерозиготы проявляется доминантный аллель, а рецессивный не проявляется внешне. Поэтому при скрещивании двух гетерозигот часть потомков может получить два рецессивных аллеля: возникает расщепление признаков. Для одного гена генотипы распределяются как 1 : 2 : 1, а фенотипы при полном доминировании — как 3 : 1. Если гены расположены в разных парах хромосом, их аллели распределяются в половые клетки независимо друг от друга.
Наследственная изменчивость возникает, когда меняются сами гены либо образуются новые сочетания аллелей. Такие различия способны передаваться потомству, если присутствуют в наследственном материале половых клеток. Модификационная изменчивость возникает в ответ на условия среды: например, освещённость может влиять на окраску кожи. Она обычно не меняет генотип, поэтому приобретённое изменение не передаётся потомству как новый наследственный вариант.
| Свойство | Наследственная изменчивость | Модификационная изменчивость |
|---|---|---|
| Причина возникновения | Изменения генов и новые сочетания аллелей | Воздействие условий среды |
| Связь с изменением генотипа | Связана с изменением генов или их сочетаний | Генотип обычно не меняется |
| Передача потомству | Может передаваться по наследству | Обычно не передаётся |
| Зависимость от условий среды | Среда может влиять на проявление признака, но не является причиной наследственного изменения | Возникает под влиянием среды |
| Пример | Различные варианты окраски семян, обусловленные аллелями | Загар после пребывания на солнце |
Сравнивая случаи изменчивости, сначала выясните, изменился ли генотип или на признак повлияла среда. Затем проверьте, может ли это различие передаваться потомству. Таблица помогает не путать наследуемый вариант с временным или вызванным условиями изменением.
У гороха жёлтая окраска семян доминирует над зелёной. Скрестили гомозиготные растения с жёлтыми и зелёными семенами; требуется определить генотипы и фенотипы первого поколения. Обозначим аллель жёлтой окраски буквой A, а зелёной — a. Гомозиготность означает, что у организма два одинаковых аллеля данного гена.
Гетерозиготы Aa имеют жёлтые семена, так как A доминирует над a. Ответ: генотипы первого поколения — все Aa, фенотипы — все с жёлтыми семенами. Единообразие потомства следует из того, что каждый родитель образует только один тип гамет.
Два растения первого поколения с жёлтыми семенами скрестили между собой. Из предыдущей задачи известно, что их генотипы Aa, а не AA: у каждого есть и доминантный, и рецессивный аллель. Нужно найти соотношения генотипов и фенотипов потомков. Каждый родитель образует гаметы двух типов — A и a.
Ответ: по генотипу расщепление составляет 1 AA : 2 Aa : 1 aa, а по фенотипу — 3 жёлтых : 1 зелёное. Соотношения различаются, потому что генотипы AA и Aa имеют одинаковый фенотип. Рецессивный признак проявляется только у потомка aa.
Окраска и форма семян наследуются независимо. Гетерозиготное по обоим генам растение скрестили с растением, рецессивным по обоим признакам; требуется определить типы и соотношение потомства. Обозначим аллели первого гена A и a, второго — B и b. Пусть A и B отвечают за доминантные варианты признаков.
Ответ: образуются четыре типа потомства в равном соотношении 1 : 1 : 1 : 1. Каждый тип отличается сочетанием двух признаков, а доля каждого ожидается равной ¼. Такой вывод справедлив, если гены находятся в разных парах хромосом и рассматривается достаточно большое число потомков.
Ошибка — считать, что доминантный признак обязательно чаще встречается в популяции. Доминантность описывает проявление аллеля у гетерозиготы, а не количество его носителей. Такое заблуждение возникает из-за бытового значения слова «доминантный». Проверьте себя: частоту аллеля нельзя определить только по тому, доминирует ли он над другим.
Ошибка — отождествлять генотип и фенотип. Генотип обозначает наследственные варианты, а фенотип — проявившиеся признаки; одинаковый фенотип может соответствовать разным генотипам, а среда влияет на проявление. Путаница возникает, когда один видимый признак принимают за точное указание на набор аллелей. Проверяйте, можно ли по условию различить гомозиготу и гетерозиготу.
Ошибка — записывать расщепление по фенотипу как расщепление по генотипу. При полном доминировании Aa и AA выглядят одинаково, хотя наследственные сочетания у них разные. Путаница появляется, если считать только внешние признаки потомков. Для проверки отдельно перечислите генотипы, а затем объедините те, которым соответствует один фенотип.
Ошибка — считать любое приобретённое изменение наследственным. Загар или изменение массы тела под влиянием питания обычно не меняют генотип и не передаются потомкам. Причина ошибки — смешение изменений организма с изменениями наследственного материала. Спросите себя, затронуты ли гены в половых клетках: если нет, изменение обычно не становится наследственным признаком.
Для понимания наследования нужны знания о клетке, ДНК и хромосомах: именно они связаны с хранением и передачей генетической информации. Образование гамет объясняет, почему потомок получает наследственные варианты от двух родителей. Закономерности наследования применяют в генетике человека, селекции растений и животных, а также в медицине. Наследственная изменчивость важна для эволюции: наследуемые различия создают материал, на который действует естественный отбор.
Чем наследственность отличается от изменчивости?
Наследственность обеспечивает сходство поколений, передавая потомкам генетическую информацию родителей. Изменчивость приводит к различиям между организмами, в том числе из-за новых сочетаний генов или влияния среды.
Может ли рецессивный признак проявиться у потомства двух организмов с доминантным фенотипом?
Да, если оба родителя гетерозиготны и несут рецессивный аллель. У части потомков могут совпасть два рецессивных аллеля, и тогда проявится рецессивный признак.
Почему соотношение генотипов и фенотипов при скрещивании бывает разным?
Разные генотипы могут давать одинаковый фенотип, если один аллель доминирует над другим. Например, при скрещивании Aa × Aa генотипы распределяются как 1 AA : 2 Aa : 1 aa, а фенотипы при полном доминировании — как 3 : 1.
Всегда ли доминантный признак встречается чаще рецессивного?
Нет. Доминантность означает, что аллель проявляется у гетерозиготы, а не то, что он распространён в популяции чаще. Частота аллеля зависит от состава популяции и процессов, влияющих на её генофонд.
Почему загар не передаётся детям как наследственный признак?
Загар возникает из-за воздействия солнечного излучения на клетки кожи и не меняет последовательность ДНК в половых клетках. Поэтому это модификация, вызванная средой, а не наследственное изменение.
Раздел II. Основные закономерности наследственности и изменчивости
