Изменчивость организмов

Определения и обозначения

Изменчивость — способность организмов приобретать новые признаки и свойства, отличающие их от родителей и друг от друга. Она объясняет, почему особи одного вида не являются точными копиями. Это понятие помогает разделять влияние наследственности и условий жизни.

Модификационная изменчивость — изменение признаков под влиянием среды без изменения генотипа; обычно оно не наследуется. Например, условия освещения могут повлиять на размеры листьев. Понятие нужно, чтобы не принимать всякое заметное различие за изменение наследственной информации.

Комбинативная изменчивость — появление у потомства новых сочетаний генов при половом размножении. Сами гены могут быть уже у родителей, но ребёнок получает их в иной комбинации. Это помогает понять различия между братьями и сёстрами.

Мутационная изменчивость — изменение генотипа, возникающее вследствие мутаций и способное передаваться потомству. Мутация затрагивает генетический материал, а не только внешнее проявление признака. Это понятие важно для объяснения появления новых наследственных вариантов.

Как это устроено

Признак организма формируется не только наследственной информацией, но и условиями, в которых он развивается. Генотип задаёт возможности развития, а среда может влиять на то, как эти возможности проявятся. Поэтому особи с похожей наследственной основой способны выглядеть или вести себя неодинаково. Чтобы разобраться в причине различия, нужно выяснить, затронут ли генотип или изменилось лишь проявление признака.

Модификационные изменения появляются как ответ организма на условия жизни: например, освещение, питание или температура могут влиять на развитие признака. Один и тот же генотип поэтому способен проявляться по-разному. Однако изменчивость признака ограничена нормой реакции — пределами его возможных изменений при данном генотипе. Если условия меняются, проявление признака тоже может измениться, но сама наследственная информация обычно остаётся прежней.

Комбинативная изменчивость возникает при половом размножении, потому что потомок получает наследственный материал от двух родителей. Во время мейоза — деления, при котором образуются половые клетки, — хромосомы распределяются по гаметам разными способами. Поэтому гаметы одного организма не обязательно несут одинаковые наборы генов. При оплодотворении случайно соединяются гаметы, и генетические наборы родителей образуют новую комбинацию.

Мутации меняют генетический материал, поэтому их последствия могут сохраняться и передаваться потомкам, если изменение попало в наследственный материал. Мутации возникают случайно: заранее нельзя определить, какое именно изменение появится. Их эффект зависит от того, что изменилось и в каких условиях живёт организм. Одни мутации вредят, другие почти не сказываются на организме, а некоторые оказываются полезными; вместе они служат источником наследственного разнообразия.

Формы изменчивости различают по причине возникновения и по тому, меняется ли генотип. При модификации воздействует среда, при комбинативной форме возникают новые сочетания генов, а при мутационной меняется сам генетический материал. Наследственные изменения могут передаваться потомству, но это не означает, что любое изменение внешнего признака наследуется. Для вывода важно установить механизм, который привёл к различию.

Сравнение форм изменчивости

Чтобы воспользоваться таблицей, сначала определите возможную причину изменения: среда, новое сочетание генов или изменение ДНК. Затем проверьте, меняется ли генотип и может ли признак передаваться потомству. Так проще не спутать похожие внешние проявления с разными механизмами.

Разбор задач

Задача 1

Условие. У растения одного вида на солнце листья крупнее, чем в тени. Определите форму изменчивости и объясните, изменился ли генотип. Сравниваются растения, растущие в разных условиях освещения. Само различие в размере ещё не показывает, что у них разные наследственные варианты.

1. Найдите указанную причину: растения получают разное количество света.
2. Определите, может ли среда повлиять на проявление признака. Освещение способно влиять на развитие листьев.
3. Проверьте, есть ли сведения об изменении наследственного материала. В условии таких сведений нет, поэтому нельзя заключать, что генотип изменился.

Ответ. Это модификационная изменчивость: различие связано с условиями среды. Генотип по условию задачи не изменился; размер листьев проявился по-разному в пределах нормы реакции.

Задача 2

Условие. У потомства одних родителей разные сочетания признаков, хотя новых мутаций не обнаружено. Объясните, как могла возникнуть эта изменчивость. Нужно установить, как потомки различаются без появления новых изменений ДНК. Такое различие возможно благодаря перестановке уже имеющегося наследственного материала.

1. Исключите мутационную причину: в условии новые мутации не обнаружены.
2. Вспомните образование гамет. При мейозе хромосомы распределяются по половым клеткам по-разному, поэтому гаметы могут нести разные наборы генов.
3. Учтите оплодотворение. Случайное соединение гамет родителей создаёт у каждого потомка собственное сочетание наследственного материала.

Ответ. Различия возникли вследствие комбинативной изменчивости. Мейоз сформировал разные гаметы, а оплодотворение соединило их геномы в новых комбинациях; новые гены из-за мутаций для этого не требуются.

Задача 3

Условие. В популяции обнаружен организм с наследуемым изменением признака, вызванным изменением ДНК. Определите форму изменчивости и объясните её значение для популяции. Здесь указаны и причина изменения, и возможность его передачи потомкам. Это позволяет отличить задачу от примеров, где признак меняется только под влиянием среды.

1. Отметьте, что изменена ДНК, то есть генетический материал организма.
2. Сопоставьте это с формами изменчивости: изменение генетического материала связано с мутационной формой.
3. Оцените последствия для популяции. Если вариант передаётся потомкам, он может сохраняться и увеличивать наследственное разнообразие.
4. Учтите условия среды: естественный отбор может способствовать распространению полезного варианта или не поддержать его.

Ответ. Это мутационная изменчивость. Наследуемая мутация создаёт новый вариант признака и может стать материалом для эволюции, если передаётся потомкам; её влияние на организм может быть полезным, вредным или нейтральным.

Типичные ошибки

Ошибка — считать любое заметное изменение признака наследственным. Её допускают, потому что внешнее различие легко увидеть, а причину не всегда можно определить по одному наблюдению. Изменение могло возникнуть под действием среды и не передаваться потомству. Проверьте себя: есть ли данные о смене генотипа или о наследовании признака?

Ошибка — путать комбинативную и мутационную изменчивость. В обоих случаях потомство может отличаться от родителей, поэтому различия принимают за один и тот же процесс. При комбинировании возникают новые сочетания уже имеющихся генов, а при мутации меняется генетический материал. Спросите себя, появились ли новые изменения ДНК или по-новому соединились прежние варианты.

Ошибка — утверждать, что модификации меняют генотип. Поскольку внешний признак действительно меняется, кажется, что изменилась и наследственная основа. Но воздействие среды обычно влияет на проявление признака, а не на генотип. Для самопроверки выясните, сохранится ли изменение при переходе к другим условиям и есть ли свидетельства наследования.

Ошибка — считать все мутации вредными. Часто упоминают заболевания, связанные с мутациями, и забывают о других возможных последствиях. Влияние зависит от изменения и условий: оно может быть вредным, нейтральным или полезным. Проверяя вывод, не называйте мутацию полезной или вредной без указания, для какого организма и при каких условиях оценивается её действие.

Связь с другими темами

Для понимания изменчивости нужны понятия гена, хромосомы, генотипа и фенотипа, а также знания о мейозе и оплодотворении. Наследственная изменчивость пригодится при изучении естественного отбора, эволюции и селекции: она создаёт варианты, с которыми работают эти процессы. Влияние среды на проявление признаков связывает тему с экологией и приспособлением организмов к условиям жизни.

Что запомнить

• Изменчивость проявляется в различиях между организмами.
• Модификационная изменчивость возникает под влиянием среды и обычно не наследуется.
• Норма реакции — пределы, в которых признак может изменяться при данном генотипе.
• Комбинативная изменчивость создаёт новые сочетания генов.
• Мутационная изменчивость связана с изменением генетического материала.
• Наследственная изменчивость создаёт разнообразие, на котором может действовать естественный отбор.