РАЗДЕЛ 3. Наследственность и изменчивость организмов

Определения и обозначения

Наследственность — способность организмов передавать потомству особенности строения и развития. Благодаря ей некоторые признаки сохраняются в ряду поколений, и потомки оказываются похожи на родителей. Наследственность не означает, что все дети будут совершенно одинаковыми: они получают разные сочетания наследственных задатков.

Изменчивость — способность организмов приобретать различия. Она объясняет, почему особи одного вида и даже одной семьи могут отличаться друг от друга. Разнообразие важно для жизни вида: в меняющихся условиях некоторые различия могут оказаться полезными.

Ген — участок молекулы ДНК, связанный с развитием определённого признака. ДНК хранит наследственную информацию, а гены содержат её отдельные участки. Понятие гена помогает понять, как информация из клеток родителей связана с признаками потомка.

Генотип — совокупность наследственных задатков организма, а фенотип — совокупность его проявляющихся признаков. Генотип задаёт возможности развития признаков, но на их проявление влияет и среда: например, питание и освещённость. Различие этих понятий помогает не путать наследственную информацию с тем, что можно наблюдать у организма.

Как это устроено

Наследственная информация хранится в ДНК, а молекулы ДНК в клетке организованы в хромосомы. Такая упаковка позволяет сохранять и распределять длинные молекулы при делении клетки. Гены занимают определённые участки хромосом, поэтому их можно представить как отдельные фрагменты общего носителя информации.

Один ген может существовать в нескольких вариантах, которые называют аллелями. Например, условно аллель А может отвечать за высокий стебель, а аллель а — за низкий. Сочетание аллелей влияет на проявление признака: при полном доминировании Аа растение будет высоким, хотя в его генотипе есть и рецессивный аллель а. Генотип — это сочетание наследственных вариантов, а фенотип — результат их проявления в организме.

Передача наследственной информации связана с образованием половых клеток и оплодотворением. При образовании половых клеток пары наследственных вариантов распределяются так, что каждая клетка получает только один аллель из пары. При оплодотворении половые клетки родителей объединяются, поэтому потомок получает наследственные задатки от обоих. Разные сочетания аллелей объясняют сходство с родителями и одновременно отличие от них.

Мутационная изменчивость возникает, когда меняется сам наследственный материал, например участок ДНК. Комбинативная изменчивость появляется, когда уже имеющиеся аллели складываются в новые сочетания при образовании половых клеток и оплодотворении. Если такие изменения находятся в наследственном материале, который передаётся потомству, они могут наследоваться. Эти формы изменчивости создают наследственные различия между организмами.

Модификационная изменчивость возникает под действием условий среды, например температуры, освещения или питания. Среда меняет проявление признака, но обычно не изменяет генотип, поэтому такое изменение не передаётся потомкам как новый наследственный вариант. Один и тот же генотип может проявиться по-разному в разных условиях. Это объясняет, почему наблюдаемый признак не всегда позволяет точно судить о наследственных задатках.

Сравнение форм изменчивости

Сравнивайте формы по причине изменения и по тому, что именно изменилось: наследственный материал, сочетание аллелей или проявление признака. Затем выясняйте, может ли изменение попасть в наследственный материал потомства. Такой порядок помогает не принять реакцию организма на условия среды за наследственную перемену.

Разбор задач

Задача 1. У растения высокий стебель А доминирует над низким а. Скрестить гомозиготное высокое растение с низким и определить генотипы и фенотипы потомства. Гомозиготное растение имеет два одинаковых аллеля, поэтому его генотип — АА. Низкое растение при заданном условии имеет генотип аа.

1. Запишем генотипы родителей: АА × аа.
2. Растение АА образует половые клетки только с аллелем А, а растение аа — только с аллелем а.
3. При оплодотворении образуются потомки Аа. Аллель А доминирует, поэтому все растения будут высокими.

Ответ: генотипы потомства — 100% Аа, фенотипы — 100% растений с высоким стеблем. Здесь важно отдельно записать генотипы и внешний признак: одинаковый фенотип не означает, что потомки имеют генотип АА.

Задача 2. Скрестить два растения с генотипом Аа, если А — доминантный аллель высокого стебля. Определить вероятные генотипы и соотношение фенотипов потомства. Каждый родитель образует половые клетки двух типов: с аллелем А и с аллелем а. Возможные сочетания удобно перечислить по решётке скрещивания.

1. Записываем скрещивание: Аа × Аа.
2. Перебираем сочетания аллелей: АА, Аа, Аа и аа.
3. Подсчитываем варианты: один потомок из четырёх ожидаемо будет АА, два — Аа, один — аа. АА и Аа высокие, аа низкий.

Ответ: соотношение генотипов — 1 АА : 2 Аа : 1 аа; соотношение фенотипов — 3 высоких : 1 низкое. Это вероятностное соотношение для потомства, а не обещание, что в каждой небольшой группе растений получится ровно такое число.

Задача 3. Карий цвет глаз условно обозначен доминантным аллелем B, голубой — рецессивным b. Кареглазые родители имеют голубоглазого ребёнка. Нужно определить возможные генотипы родителей и вероятность рождения голубоглазого ребёнка при следующем рождении. Голубой фенотип проявляется при генотипе bb, значит, ребёнок получил аллель b от каждого родителя.

1. Оба родителя кареглазые, но каждый передал b. Следовательно, генотип каждого — Bb.
2. Записываем скрещивание: Bb × Bb. Возможные генотипы потомка: BB, Bb, Bb и bb.
3. Голубоглазым будет только потомок bb, то есть один вариант из четырёх.

Ответ: генотипы родителей — Bb и Bb; вероятность рождения голубоглазого ребёнка при каждом рождении — ¼, или 25%. Предыдущее рождение голубоглазого ребёнка не меняет эту вероятность: новое сочетание аллелей формируется заново.

Типичные ошибки

Ошибка — считать, что любой признак определяется только генами. Так думают, потому что наследственная информация действительно связана с признаками, но забывают о влиянии питания, температуры, света и других условий. Проверка: спросите себя, может ли один и тот же генотип проявиться по-разному в разной среде.

Ошибка — называть модификационную изменчивость наследственной. Изменение внешнего признака принимают за изменение наследственности, хотя это не одно и то же. Проверка: уточните, изменился ли генотип; если поменялось лишь проявление признака под действием среды, обычно потомкам это не передаётся.

Ошибка — путать генотип и фенотип. Это происходит потому, что оба понятия относятся к одному организму, но описывают разные стороны его признаков. Проверка: генотип — наследственные задатки, фенотип — то, как признаки проявились с учётом среды.

Ошибка — считать, что доминантный признак обязательно встречается чаще рецессивного. Доминантность ошибочно принимают за распространённость аллеля в популяции. Проверка: помните, что доминантность описывает проявление аллелей у отдельного организма, а частота признака зависит от того, как часто встречаются соответствующие аллели.

Связь с другими темами

Для изучения наследственности нужно знать строение клетки, ядра, хромосом и ДНК. Эти понятия объясняют, где находится наследственная информация и как она организована. Также важно различать половые и соматические клетки: именно половые клетки участвуют в передаче наследственного материала потомкам.

Тема опирается на размножение, митоз, мейоз и оплодотворение. Эти процессы помогают понять, как наследственная информация распределяется и объединяется. Позднее знания о наследственности и изменчивости пригодятся при изучении эволюции, селекции и генетики человека.

Что запомнить

• Наследственность обеспечивает передачу признаков потомству.
• Изменчивость создаёт различия между организмами.
• Гены — участки ДНК, связанные с наследственной информацией.
• Фенотип формируется под влиянием генотипа и условий среды.
• Мутационная и комбинативная изменчивость могут быть наследственными.
• Модификационная изменчивость обычно не связана с изменением генотипа.