Наследственность и изменчивость. 3

     Введение

     Наследственность  и изменчивость относятся к основным свойствам живой материи.

     Бесконечное разнообразие видов растений, животных и микроорганизмов поддерживается тем, что каждый вид сохраняет  в ряду поколений характерные  для него черты: на холодном Севере и в жарких странах корова всегда рождает теленка, курица выводит  цыплят, а пшеница воспроизводит  пшеницу. При этом живые существа индивидуальны: все люди разные, все  кошки чем-то отличаются друг от друга, и даже колоски пшеницы, если присмотреться  к ним повнимательнее, имеют свои особенности. Два эти важнейшие  свойства живых существ – быть похожими на своих родителей и  отличаться от них – и составляют суть понятий «наследственность» и  «изменчивость».

     Наследственностью называется свойство организмов повторять  в ряде поколений сходные признаки и обеспечивать специфический характер индивидуального развития в определенных условиях среды. Благодаря наследственности родители и потомки имеют сходный  тип биосинтеза, определяющий сходство в химическом составе тканей, характере  обмена веществ, физиологических отправлениях, морфологических признаках и  других особенностях. Вследствие этого  каждый вид организма воспроизводит  себя из поколения в поколение.

     Изменчивость - это явление, противоположное наследственности. Изменчивость заключается в изменении  наследственных задатков, а также  в вариабельности их проявлений в  процессе развития организмов при взаимодействии с внешней средой.

     Наследственность  и изменчивость тесно связаны  с эволюцией. В процессе филогенеза органического мира эти два противоположных  свойства находятся в неразрывном  диалектическом единстве. Новые свойства организма появляются только благодаря  изменчивости, но она лишь тогда  может играть роль в эволюции, когда появившиеся изменения сохраняются в последующих поколениях, то есть наследуются. 

     История вопроса

     Фактически  вся история биологии есть история  изучения изменчивости. Древнегреческие  натурфилософы попытались осмыслить  многообразие живых организмов. Платон: изменчивость — следствие неточности копирования идеи. Фалес, Анаксимандр, Анаксимен: многообразие — следствие  многообразных превращений материи. Гераклит: "Все течет, все изменяется" вследствие борьбы внутренних противоречий.

     Изменчивость  есть фундаментальное свойство живых  организмов. Она лежит в основе развития живой природы.

     ^{Также, начиная с Гиппократа, Аристотеля и других учёных античности, развитие биологии в значительной мере было связано с попытками найти ответы на вопросы о материальном носителе наследственных задатков, о механизмах их образования и передачи и, главное, о способах раскрытия, реализации наследственных задатков в те или иные признаки и свойства организма.}

     ^{Несмотря  на издревле существовавший интерес к проблеме сходства и отличий  между «родителями» и «детьми» у всех живых существ, наука  о наследственности и изменчивости –  генетика – сравнительно молода. Она родилась в нач. 20 в., когда  были переоткрыты  и стали широко известными сформулированные Г. Менделем закономерности наследования. К этому  времени уже были в главных чертах выяснены цитологические, или клеточные, основы наследственности: установлены  механизмы митоза, мейоза и оплодотворения, изучено поведение  хромосом в этих процессах, выдвинута и затем  подтверждена ядерная  гипотеза наследственности, связавшая наследование признаков с клеточным  ядром.}

     ^{Сразу после переоткрытия законов Менделя  был сделан следующий  шаг в познании наследственности –  менделевские «наследственные  факторы» были помещены в хромосомы. Так, перейдя на более  глубокий (субклеточный) уровень, начала формироваться  хромосомная теория наследственности.}

     ^{Наконец, в 1950—1960-х гг. были раскрыты химические, или молекулярные, основы наследственности. «Веществом наследственности»  оказались сложные  биополимеры –  нуклеиновые кислоты (ДНК  и РНК).}

     Гены  – это определенные фрагменты  ДНК; они организованы в хромосомы, находящиеся в ядре клетки. Каждый вид растений или животных имеет  определенное число хромосом. У диплоидных организмов число хромосом парное, две хромосомы каждой пары называются гомологичными. Скажем, человек имеет 23 пары хромосом, при этом один гомолог  каждой хромосомы получен от матери, а другой – от отца. Имеются и  внеядерные гены (в митохондриях, а  у растений – еще и в хлоропластах).

     ^{Раскрытие пространственной структуры  ДНК позволило  объяснить, как гены (участки  ДНК) осуществляют свою функцию по хранению, воспроизведению  и реализации наследственности.}

       В зависимости от объекта исследования  классифицируют генетику растений, животных, микроорганизмов, человека  и другие; в зависимости от  используемых методов других  дисциплин — молекулярную генетику, экологическую генетику и другие. Идеи и методы генетики играют  важную роль в медицине, сельском  хозяйстве, микробиологической промышленности, а также в генетической инженерии. 

     ^{Наследственность  и изменчивость в  теории Дарвина}

     ^{Теория  Дарвина строится на придании принципиального  значения таким давно  известным до него фактам, как наследственность и изменчивость.}

     ^{Ч.Дарвин в своей работе «Происхождение видов  путем естественного  отбора, вышедшей в 1859 году, раскрыл главные движущие силы эволюции растений и животных - это изменчивость, наследственность и отбор.}

     Естествоиспытатель  полагал, что под действием среды  возникают две формы изменчивости — определенная и неопределенная. При определенных изменениях под  влиянием среды все или почти  все особи изменяются сходным  образом. Неопределенная изменчивость носит индивидуальный характер; изменения, хотя порой и небольшие, происходят в самых различных направлениях. При неопределенной изменчивости установить зависимость характера изменений  от воздействия условий среды  практически невозможно.

       ^{Изменчивостью называют  общее свойство  организмов приобретать  новые признаки - различия между  особями в пределах  вида. Изменчивы все  признаки организмов: внешнего и внутреннего  строения, физиологические,  поведения, повадок  и др. В потомстве  одной пары животных  невозможно встретить  совершенно одинаковых  особей. В стаде  овец одной породы  каждое животное  отличается еле  уловимыми особенностями:  размерами тела, длиной  ног, головы, окраской, длиной и плотностью  завитка шерсти, голосом,  повадками.} 

     ^{Дарвин  совершенно правильно  различал 2 формы  изменчивости: ненаследственную и наследственную.}

     ^{Дарвин  считал, что изменчивость контролируется многочисленными  и сложными законами.}

     ^{Он  выделял такие  причины:}

     ^{- Прямое и определенное действие изменчивых условий существования.}

     ^{- "Влияние усиленных упражнений или неупражнение органов".}

     ^{- Корреляция.}

     ^{Несмотря  на неполноту и  неточность указанных  причин, учение Дарвина  об изменчивости имеет  большое значение.}

     Эволюция  по Дарвину — это превращение  изменчивости среди особей в изменчивость групп в пространстве и во времени. Дарвин посвятил изменчивости три главы "Происхождения видов".

     ^{Оценивая  учения Дарвина о  формах изменчивости, нужно отметить, что  он предвосхитил ту классификацию, которая  создана на основе современной генетики.} 

     Наследственность  –

     одно из важнейших свойств живых организмов.

     Насле́дственность — способность организмов передавать свои признаки и особенности развития потомству. Благодаря этой способности  все живые существа (растения, грибы, или бактерии) сохраняют в своих  потомках характерные черты вида. Такая преемственность наследственных свойств обеспечивается передачей  их генетической информации. Носителями наследственной информации у организмов являются гены.

     Благодаря наследственности обеспечивается материальная и функциональная преемственность  в непрерывном ряде поколений. Внешним  проявлением наследственности есть структурное и фенотипическое сходство родителей и потомков и всех особей, связанных родством. Сходство между  родителями и детьми не ограничивается тем, что они имеют одинаковые видоспецифичные признаки. Часто  дети похожи на родителей мельчайшими  индивидуальными особенностями. Это  связано с тем, что наследственность есть сложный длительный процесс  воплощения генетической программы  в процессе онтогенеза в признаки организма. По своей сути наследственность есть "повторение в последовательных поколениях одинаковых форм обмена". Обмен веществ контролируется ферментами, а их структура и структура  белков контролируется нуклеиновыми кислотами. Потомки получают программу обмена в форме молекул ДНК. На этой основе они воспроизводят специфические  признаки и свойства. То есть наследственность обусловливается генотипом.

     Однако  результаты новейших исследований указывают на то, что наследственная информация передается не только через гены. Жизненный опыт тоже переходит к потомкам, причем не в единичных случаях, а постоянно. Подобные явления выявлены и у простейших организмов, и у растений, и у животных. Иногда целые цепочки поколений наследуют черту, которая стала следствием прижизненных изменений их предка. Например, заболевания сердца и диабет могут быть следствиями недоедания отца или деда.

     Ева Яблонка и Галь Рац из Тель-авивского  университета выявили многочисленные случаи наследований, инициированных не генами, а событиями жизни индивида. Этот механизм называется в науке  эпигенетическим и выходит за рамки дарвиновской теории. Его суть в том, что человек становится следствием не только исходных генов, но и образа жизни, мыслей и желаний  своих предков, а также сам  влияет на потомство в результате взаимодействия с внешней средой. Однако полностью это еще не доказано.

     ^{Изменчивость}

     ^{Ненаследственная  изменчивость. Модификации}

     Термин  изменчивость имеет два смысла: изменчивость — как состояние, как различие между особями и их группами; изменчивость - как процесс, процесс возникновения  различий между организмами одного вида Выделение индивидуальной изменчивости как главной сущности живого есть главное отличие современной  эволюционной мысли от типологической доктрины прошлых лет.

     Ненаследственная  изменчивость возникает в процессе индивидуального развития организмов под влиянием конкретных условий  среды, вызывающих у всех особей одного вида сходные изменения, поэтому  Дарвин эту изменчивость назвал определенной. Однако степень таких изменений  у отдельных индивидуумов может  быть различной. Например, у травяных лягушек низкие температуры вызывают темную окраску, но интенсивность ее у разных особей различна. Дарвин считал модификации не существенными для эволюции, так как они, как правило, не наследуются.

     Ненаследственные  изменения не связаны с изменениями  генов и хромосом, не передаются по наследству, возникают под влиянием факторов внешней среды, исчезают со временем.

     Модификациями называют изменения фенотипа, вызванные  влиянием окружающей среды и не связанные  с изменениями генотипа.

     В целом современное понятие «адаптивные  модификации» соответствует понятию  «определенной изменчивости», которое  ввел в науку Чарльз Дарвин.

     Модификационной изменчивости подвержены как количественные, так и качественные признаки. Возникновение  модификаций связано с тем, что  такие важнейшие факторы среды, как свет, тепло, влага, химический состав и структура почвы, воздух, воздействуют на активность ферментов и в известной  мере изменяют ход биохимических  реакций, протекающих в развивающемся  организме. Этим, в частности, объясняется  появление различной окраски  цветков у примулы и шерсти у гималайских кроликов.

     Примерами модификационной изменчивости у  человека могут служить усиление пигментации кожи (загар) под влиянием ультрафиолетовых лучей, мощное развитие костно-мышечной системы в результате физических нагрузок и т. д. К модификационной  изменчивости следует отнести также  и явление физиологического гомеостаза — способности организмов противостоять  колеблющимся условиям среды путем  приспособительного реагирования. Так, у человека при пребывании на разных высотах над уровнем моря вырабатывается неодинаковое количество эритроцитов: в 1 mmj крови у людей, живущих в  местностях на уровне моря, их в два  раза меньше, чем у людей, живущих  высоко в горах.

     Примеры модификационной изменчивости: появление  загара летом, увеличение массы тела животных при хорошем кормлении  и содержании, развитие определенных групп мышц при занятиях спортом.

     Знание  закономерностей модификационной  изменчивости имеет также большое  практическое значение, так как позволяет  предвидеть и заранее планировать  максимальное использование возможностей каждого сорта растений и породы животных. В частности, создание заведомо известных оптимальных условий  для реализации генотипа обеспечивает их высокую продуктивность.

       Такой подход в равной мере  относится и к человеку. Каждый  ребенок обладает определенными  способностями, иногда даже в  нескольких областях. Задача психологов  и педагогов состоит в том,  чтобы как можно раньше найти  эту область и обеспечить максимальное  развитие ребенка в этом направлении  (наряду с общим образованием), т. е. в пределах нормы реакции  достичь максимального уровня  реализации его генотипа.

     Наследственная  изменчивость

     Наследственная  изменчивость — фактор эволюции. Появление  новых признаков у организмов и их многообразие — материал для  действия естественного отбора, сохранения особей с изменениями, соответствующими среде обитания, формирования приспособленности  организмов к изменяющимся условиям внешней среды.

     Наследственные  изменения обусловлены изменениями  генов и хромосом, передаются по наследству, различаются у особей в пределах одного вида, сохраняются  в течение всей жизни особи.

     Наследственную  изменчивость (т.е. изменчивость, передающуюся по наследству от организма к организму, от клетки к клетке) можно разделить  на комбинативную и мутационную.

       Источником комбинативной изменчивости  является мейоз. Обмен генами  между гомологичными хромосомами  в профазе I мейоза, случайная  ориентация и последующее независимое  расхождение хромосом, слияние мужской  и женской гамет в зиготу  являются причиной практически  неограниченного различий между  особями в популяции. Такая  изменчивость получила название  комбинативной; при этой форме  наследственной изменчивости происходит перетасовка имеющихся в популяции генов (аллелей), но не образование новых.

     Разнообразные сочетания генов — причина  перекомбинации (нового сочетания) родительских признаков у потомства.

     Случайное соединение генов в новых комбинациях  является источником генетического  разнообразия, но всё же не может  породить крупных изменений в  генотипе, которые приведут к образованию  нового вида. Причиной таких изменений  могут быть мутации – изменения  структуры (генные мутации) или количества ДНК (хромосомные мутации) в организме. Мутации возникают случайным  образом; на их частоту влияют продолжительность  жизни организма и внешние  условия (например, коротковолновое  излучение). Усиливают мутации и  некоторые вещества: кофеин, формальдегид, никотин, некоторые лекарственные  препараты и пищевые добавки. Изменчивость, обусловленная мутациями, получила название мутационной.

     Мутационная изменчивость — изменчивость, вызванная  действием на организм мутагенов, вследствие чего возникают мутации (реорганизация  репродуктивных структур клетки). Мутагены бывают физические (радиационное излучение), химические (гербициды) и биологические (вирусы).

     В природе мутации появляются у  единичных особей под влиянием случайных  внешних и внутренних факторов. Характер их предсказать трудно, поэтому Дарвин эту изменчивость назвал неопределенной.

     Многие  мутации заканчиваются летальным  исходом, другие не оказывают никакого влияния на организм. Некоторые мутации  приводят к усилению благоприятных  признаков, повышению генетического  разнообразия организма, что способствует изменчивости популяции и может  привести к образованию новых  видов.

     Основные  положения мутационной теории разработаны  Гуго де Фризом в 1901—1903 гг. и сводятся к следующему:

• Мутации возникают внезапно, скачкообразно, как дискретные изменения признаков.
• В отличие от ненаследственных изменений мутации представляют собой качественные изменения, которые передаются из поколения в поколение.
• Мутации проявляются по-разному и могут быть как полезными, так и вредными. Вероятность обнаружения мутаций зависит от числа исследованных особей.
• Сходные мутации могут возникать повторно.
• Мутации ненаправленны (спонтанны), то есть мутировать может любой участок хромосомы, вызывая изменения как незначительных, так и жизненно важных признаков.

     При существенном изменении условий  существования те мутации, которые  раньше были вредными, могут оказаться  полезными. Таким образом, мутации  являются материалом для естественного  отбора. Так, мутанты-меланисты (темноокрашенные  особи) в популяциях березовой пяденицы в Англии впервые были обнаружены учеными среди типичных светлых  особей в середине XIX века. Темная окраска  возникает в результате мутации  одного гена. Бабочки проводят день на стволах и ветвях деревьев, обычно покрытых лишайниками, на фоне которых  светлая окраска является маскирующей. В результате промышленной революции, сопровождающейся загрязнением атмосферы, лишайники погибли, а светлые  стволы берез покрылись копотью. В результате к середине XX века (за 50-100 поколений) в промышленных районах  темная морфа почти полностью  вытеснила светлую. Было показано, что  главная причина преимущественного  выживания черной формы — хищничество  птиц, которые избирательно выедали  светлых бабочек в загрязненных районах.

     Виды  мутаций:

• Генные мутации – изменение строения одного гена. Это изменение в последовательности нуклеотидов: выпадение, вставка, замена и т.п. Например, замена А на Т. Причины – нарушения при удвоении (репликации) ДНК. Примеры: серповидноклеточная анемия, фенилкетонурия.
• Хромосомные мутации – изменение строения хромосом: выпадение участка, удвоение участка, поворот участка на 180 градусов, перенос участка на другую (негомологичную) хромосому и т.п. Причины – нарушения при кроссинговере. Пример: синдром кошачьего крика.
• Геномные мутации – изменение количества хромосом. Причины – нарушения при расхождении хромосом.
• Полиплоидия – кратные изменения (в несколько раз, например, 12 → 24). У животных не встречается, у растений приводит к увеличению размера.
• Анеуплоидия – изменения на одну-две хромосомы. Например, одна лишняя двадцать первая хромосома приводит к синдрому Дауна (при этом общее количество хромосом – 47).
• Цитоплазматические мутации – изменения в ДНК митохондрий и пластид. Передаются только по женской линии, т.к. митохондрии и пластиды из сперматозоидов в зиготу не попадают. Пример у растений – пестролистность.
• Соматические – мутации в соматических клетках (клетках тела; могут быть четырех вышеназванных видов). При половом размножении по наследству не передаются. Передаются при вегетативном размножении у растений, при почковании и фрагментации у кишечнополостных (у гидры).

     Пример  мутации. Телёнок с 2 головами, 6 ногами и 2 хвостами. Родился в 2003 году на ферме  в Аль-Маниар в Египте, почти сразу  умер. 
 
 

     Заключение

     Наследственность  и изменчивость живых организмов иногда противопоставляют как «консервативное» и «прогрессивное» начала. В действительности же они теснейшим образом связаны.

     Изменчивость  присуща всем живым организмам, поэтому  в природе отсутствуют особи, идентичные по всем признакам и свойствам. Термин «изменчивость» употребляется  также для обозначения способности  живых организмов отвечать морфофизиологическими  изменениями на внешние воздействия  и для характеристики преобразований форм живых организмов в процессе их эволюции.

     Четкое  представление о категориях и  формах изменчивости необходимо при  построении эволюционных схем и теорий, так как явления наследственности и изменчивости лежат в основе эволюционного процесса, а также  в практической селекции растений и  животных, при изучении ряда проблем  медицинской географии и популяционной  антропологии.

     Все существующие на Земле живые системы  возникают сейчас либо на основе живого, либо при посредстве живого. Воспроизводство  живого живым есть, прежде всего, передача одним поколением другому генного материала, который детерминирует в потомстве явление определенной морфофизиологической структуры.

     Дальнейшее  изучение наследственности и изменчивости является необходимым условием для  рассмотрения принципов функционирования и изменения окружающего нас  мира. 
 
 
 
 
 
 

     Список  используемой литературы

1. Гуляев Г. Генетика. Учебник для вузов. М., 1984
2. Медицинская энциклопедия
3. Найдыш В. Концепции современного естествознания: Учебник, М., 2008
4. Наследственность - это больше, чем гены// «Единый мир» – интернет-газета. Режим доступа: [http://kabmir.com/novosti/nasledstvennost_eto_bolshe_chem_geny.html]
5. Рузавин Г. Концепции современного естествознания: Учебник, М., 2010