Шпаргалка по "Биологии"

В 1859 году Чарльз Дарвин опубликовал  свою работу на эволюционную тему под  названием «Происхождение видов  путём естественного отбора, или  сохранение благоприятных рас в  борьбе за жизнь». В ней Дарвин показал  постепенное развитие организмов как  результат естественного отбора. Естественный отбор состоит из такого механизма:

• сначала появляется особь с новыми, совершенно случайными, свойствами (образованными вследствие мутаций)

• потом она оказывается или не оказывается способной оставить потомство, в зависимости от этих свойств

• наконец, если исход предыдущего этапа оказывается положительным, то она оставляет потомство и её потомки наследуют новоприобретённые свойства

Новые свойства особи формируются  вследствие наследственной и модификационной изменчивости. И если наследственная изменчивость характеризуется изменением генотипа и эти изменения наследуются, то при модификационной изменчивости наследуется способность генотипа организмов изменять фенотип при воздействии окружающей среды. При постоянном воздействии одних и тех же условий окружающей среды на генотип могут отбираться мутации, чей эффект сходен с проявлением модификаций, и, таким образом, модификационная изменчивость переходит в наследственную изменчивость (генетическая ассимиляция модификаций). Примером может являться постоянный большой процент пигмента меланина в коже у негроидной и монголоидной расы по сравнению с европеоидной.

Дарвин назвал модификационную изменчивость определенной (групповой).

Определенная изменчивость проявляется у всех нормальных особей вида, подвергшихся определенному воздействию. Определенная изменчивость расширяет  пределы существования и размножения  организма.

[править]Естественный отбор и модификационная изменчивость

Основная статья: Естественный отбор

Модификационная изменчивость тесно связана с естественным отбором. Естественный отбор имеет четыре направления, три из которых непосредственно нацелены на выживание организмов с разными формами ненаследственной изменчивости. Это стабилизирующий, движущий и дизруптивный отбор.

Стабилизирующий отбор характеризуется  обезвреживанием мутаций и формирования резерва этих мутаций, что обуславливает  развитие генотипа при постоянном фенотипе. Вследствие этого организмы со средней  нормой реакции доминируют в неизменных условиях существования. Например, у  генеративных растений сохраняется  форма и размер цветка, которые отвечают форме и размеру насекомого, которое опыляет растение.

Дизруптивный отбор характеризуется раскрытием резервов с обезвреженными мутациями и последующим отбором этих мутаций для формирования новых генотипа и фенотипа, которые подходят под окружающую среду. Вследствие этого выживают организмы с крайней нормой реакции. Например, насекомые с большими крыльями имеют большую устойчивость к порывам ветра, тогда как насекомых того же вида со слабыми крыльями сдувает.

Движущий отбор характеризуется  тем же механизмом, что и дизруптивный, однако он нацелен на формирование новой средней нормой реакции. Например, у насекомых появляется стойкость к химикатам.

Генотипическая изменчивость - при генотипической изменчивости происходит изменение наследственного  материала и, обычно, эти изменения  наследуются. Это основа разнообразия живых организмов.

Различают два вида генотипической изменчивости: мутационная и комбинативная.

Комбинативная изменчивость основывается на возникновении новых  комбинаций генов родителей. При  комбинативной изменчивости в результате слияния родительских гамет возникают  новые комбинации генов, однако сами гены и хромосомы остаются неизменными (пример: каждый новый организм является новый комбинацией генов родителей).

Механизмы комбинативной  изменчивости:

1) независимое расхождение  хромосом в анафазу І мейоза.

2) Кроссенговер

3) Случайное слияние гамет 

4) Случайный подбор родительских  пар 

Мутационная изменчивость в  основе этой изменчивости лежит изменение  структуры гена, хромосомы или  изменения числа хромосом.

Мутация – это спонтанное изменение генетического материала. Мутации возникают под действием  мутагенных факторов:

А) физических (радиация, температура, электромагнитное излучение);

Б) химических (вещества, которые  вызывают отравление организма: алкоголь, никотин, колхицин, формалин);

В) биологических (вирусы, бактерии).

Различают несколько классификаций  мутаций.

Классификация 1.

Мутации бывают полезные, вредные  и нейтральные. Полезные мутации: мутации, которые приводят к повышенной устойчивости организма (устойчивость тараканов  к ядохимикатам). Вредные мутации: глухота, дальтонизм. Нейтральные мутации: мутации никак не отражаются на жизнеспособности организма (цвет глаз, группа крови).

Классификация 2.

Мутации бывают соматические и генеративные. Соматические (чаще всего они не наследуются) возникают  в соматических клетках и затрагивают  лишь часть тела. Они будут наследоваться  следующим поколениям при вегетативном размножении. Генеративные (они наследуются, т.к. происходят в половых клетках): эти мутации происходят в половых  клетках. Генеративные мутации делятся  на ядерные и внеядерные (или митохондриальные).

Классификация 3.

По характеру изменений  в генотипе мутации подразделяются на генные, хромосомные, геномные.

Генные мутации (точковые) не видны в микроскоп, связаны с изменением структуры гена (генные мутации изменяют последовательность нуклеотидов в молекуле ДНК и ген перестаёт работать). Эти мутации происходят в результате потери нуклеотида, вставки нуклеотида, замены одного нуклеотида другим. Эти мутации могут приводить к генным болезням: дальтонизм, гемофилия. Таким образом, генные мутации приводят к появлению новых признаков.

Хромосомные мутации связаны  с изменением структуры хромосом. Может произойти делеция – потеря участка хромосомы, дупликация – удвоение участка хромосомы, инверсия – поворот участка хромосомы на 1800, транслокация – это перенос части или целой хромосомы на другую хромосому. Причиной этого может быть разрыв хроматид и их восстановление в новых сочетаниях.

Геномные мутации приводят к изменению числа хромосом. Различают  анеуплоидию и полиплоидию. Анеуплоидия  связана с изменением числа хромосом на несколько хромосом (1, 2, 3):

А) моносомия общая формула 2n-1 (45, Х0), болезнь – синдром Шерешевского-Тернера.

Б) трисомия общая формула 2n+1 (47, ХХХ или 47, ХХУ) болезнь – синдром Клайнфельтра.

В) полисомия

Полиплоидия – это изменение  числа хромосом, кратное гаплоидному  набору (например: 3n 69).

Организмы могут быть автоплоидными (одинаковые хромосомы) и аллоплоидными (разные наборы хромосом).

Экспрессивность – степень  фенотипического проявления аллеля. Например, аллели групп крови АВ0 у человека имеют постоянную экспрессивность (всегда проявляются на 100%), а аллели, определяющие окраску глаз, – изменчивую экспрессивность. Рецессивная мутация, уменьшающая число фасеток глаза у дрозофилы, у разных особей по разному уменьшает число фасеток вплоть до полного их отсутствия.

Пенетрантность – вероятность  фенотипического проявления признака при наличии соответствующего гена. Например, пенетрантность врожденного  вывиха бедра у человека составляет 25%, т.е. болезнью страдает только  1/4 рецессивных гомозигот. Медико-генетическое значение пенетрантности: здоровый человек, у которого один из родителей страдает заболеванием с неполной пенетрантностью, может иметь непроявляющийся мутантный ген и передать его детям.

Биологическая адаптация (от лат. adaptatio — приспособление) — приспособление организма к внешним условиям в процессе эволюции, включая морфофизиологическую и поведенческую составляющие. Адаптация может обеспечивать выживаемость в условиях конкретного местообитания, устойчивость к воздействию факторов абиотического и биологического характера, а также успех в конкуренции с другими видами,популяциями, особями. Каждый вид имеет собственную способность к адаптации, ограниченную физиологией (индивидуальная адаптация), пределами проявления материнского эффекта и модификаций, эпигенетическим разнообразием, внутривидовой изменчивостью, мутационнымивозможностями, коадаптационными характеристиками внутренних органов и другими видовыми особенностями.

Приспособленность живых  существ к естественным условиям внешней среды была осознана людьми ещё в античные времена. Вплоть до середины XIX века это объяснялось  изначальной целесообразностью  природы. В теории эволюции Чарльза  Дарвина было предложено научное  объяснение адаптационного процесса на основе естественного отбора.

Адаптации видов в рамках одного биоценоза зачастую тесно  связаны друг с другом (одним из наиболее поразительных примеров межвидовой коадаптации является жёсткая привязка строения органов некоторых видов цветковых растений и насекомых друг к другу с целью опыления и питания). Если адаптационный процесс у какого-либо вида не находится в равновесном состоянии, то эволюционировать может весь биоценоз(иногда — с негативными последствиями) даже в стабильных условиях окружающей среды.

МОДИФИКАЦИЯ АДАПТИВНАЯ

фенотипические генетические изменения признаков организма (не затрагивающие его генетической структуры), вызванные модифицирующим действием среды в чувствительных периодах его развития. М. а. сохраняются  только на протяжении жизни измененного  организма и передаются лишь потомству, полученному путем вегетативного  размножения родительской формы.

Все многообразие всего живого и его постоянное совершенствование  были бы невозможны без изменчивости. Это связано с тем, что генотип  последовательно реализуется в  фенотип в ходе индивидуального  развития организма и в определенных условиях среды обитания, факторы  которой (колебания освещенности, температуры, влажности, условий питания, взаимоотношений  с другими организмами и др.) часто оказывают определяющее значение на проявление и развитие того или  иного признака и свойства. Поэтому  организмы, имеющие одинаковые генотипы, могут заметно отличаться друг от друга по фенотипу. Приведем несколько  примеров.

Если растения примулы, которые  в обычных условиях имели красные  цветки, перенести в оранжерею  и содержать их там при температуре 30—35°С и высокой влажности, то через некоторое время все цветки у них оказываются белыми. Если эти же растения вновь поместить в обычные (комнатные) условия, то распустившиеся цветки будут красными.

Другим классическим примером, иллюстрирующим влияние внешней  среды на проявление качественных признаков, служит изменение окраски шерсти у гималайского кролика. Обычно при 20°С у этого кролика шерсть белая, за исключением черных ушей, лап, хвоста и мордочки. При 30°С такие кролики вырастают полностью белыми. Если же у гималайского кролика сбрить шерсть на боку или спине и содержать его при температуре воздуха ниже +2°С, то вместо белой шерсти вырастет черная. Но если сбрить шерсть на ухе, то в обычных условиях там снова вырастет черная шерсть.

Эти наблюдения объясняют, почему гималайские кролики рождаются  белыми, без участков черной шерсти: их эмбриональное развитие происходит в условиях высокой температуры.

Известно, что все признаки и свойства организма наследственно  детерминированы, однако организмы  наследуют не сами признаки и свойства, а лишь возможность их развития. Для проявления и развития признака необходимы соответствующие условия  внешней среды.

Но даже в том случае, когда проявление и развитие того или иного признака происходит, степень  его выраженности бывает

разной в зависимости  от условий внешней среды: при  одних она усиливается, при других ослабляется. Пределы этих изменений  определены возможностями, заложенными  в генотипе.

Пределы модификационной изменчивости признака, ограниченные действием генотипа, называют его норной реакции.

Для разных признаков и  свойств организмов границы, определяемые нормой реакции, неодинаковы. Наибольшей пластичностью и изменчивостью характеризуются количественные признаки: семенная продуктивность злаков, величина удоя у крупного рогатого скота, масса животных, число и размеры листьев и колосков у растений и т. д. В то же время качественные признаки (масть животных, окраска семян, цветков и плодов, остистость и опушенность колоса у растений) мало зависят от условий среды.

Так, у крупного рогатого скота удой во многом определяется условиями его содержания. При  подборе кормов нужного качества и количества ценная порода скота  может дать 5—6 тыс. кг молока в год, а в случае ухудшения условий  содержания продуктивность снижается  до 2,5 тыс. кг и даже ниже. Что касается масти животных, то при самых разных условиях она почти не изменяется.

Подобную закономерность можно наблюдать и у растений. Например, растения элитного сорта  картофеля, выращенные в условиях высокой  культуры агротехники, дают урожай клубней 500—600 ц/га и более. Ухудшение условий (тяжелые глинистые почвы, низкая культура земледелия и ухода за растениями) может привести к тому, что урожайность  прекрасного сорта картофеля  снизится до 100—150 ц/га и ниже. Правда, окраска клубней и их форма  при этом изменяются в очень малой  степени.

Рассмотренные примеры свидетельствуют  о том, что количественные признаки обладают очень широкой нормой реакции, а качественные — более узкой.

Таким образом, все признаки и свойства каждого сорта растений и каждой породы животных могут изменяться только в пределах нормы реакции. Поэтому попытки добиться высоких  урожаев, резко повысить продуктивность сельскохозяйственных животных только за счет повышения уровня культуры земледелия, улучшения условий кормления  и содержания животных несостоятельны. В первую очередь необходимо получить новые сорта растений и породы животных улучшенного генотипа, отзывчивые на хорошие условия возделывания и выращивания.

По механизму возникновения  и характеру изменений признаков  различают два типа изменчивости — наследственную и ненаследственную.

Под наследственной изменчивостью  понимают способность к изменениям самого генетического материала, а  под ненаследственной (модификационной, или фенотипической) — способность организмов реагировать на условия окружающей среды и изменяться в пределах нормы реакции, определяемой генотипом.