Естествознание. Базовый уровень. 11 класс
Шрифт:
Рис. 109. Нарушение сцепления генов в результате кроссинговера: А – электронная фотография; Б – схема
Было высказано предположение, что те гены, которые наследуются сцепленно, находятся в одной хромосоме. Все гены, расположенные в одной хромосоме, образуют группу сцепления. Таким образом, сколько пар хромосом имеет данный организм, столько групп сцепления генов у него имеется. У человека, например, каждая клетка имеет 23 пары хромосом и, следовательно, 23 группы сцепления, а у дрозофилы таких групп всего четыре. Во время мейоза, как вам известно, гомологичные хромосомы расходятся к разным полюсам вновь образующихся клеток. При этом к одному полюсу может отойти хромосома, полученная от отца с набором
Чисто умозрительно вообразим в качестве примера, что гены, определяющие длину пальцев и длину носа, сцеплены, т. е. находятся в одной хромосоме. Тогда, если дедушка был длинноносым и короткопалым, а бабушка коротконосой и длиннопалой, то следует ожидать, что внуки будут сочетать в себе либо оба признака дедушки, либо оба признака бабушки.
Однако такое сцепление наблюдается хотя и часто, но не всегда. Как мы видим из опытов Моргана, иногда могут рождаться и дрозофилы с серым телом и зачаточными крыльями, или наоборот. У наших дедушки и бабушки иногда может родиться длинноносый внук с длинными пальцами. Такой процесс называют нарушением сцепления или рекомбинацией. Случается он в результате того, что во время мейоза иногда происходит кроссинговер – обмен участками гомологичных хромосом (рис. 109). При этом хромосома, полученная от отца (будущего дедушки), может обменяться с участком хромосомы, полученной от матери (будущей бабушки). Например, хромосома, содержащая ген длинноносости, может прихватить участок чужой хромосомы с геном длиннопалости. В результате родится ребёнок с нетрадиционным сочетанием признаков, т. е. рекомбинантная особь.
Таким образом, Моргану удалось доказать, что гены находятся в хромосомах, наследуются сцепленно, но иногда в результате обмена участками хромосом это сцепление нарушается. Причём гены в хромосоме расположены не как попало, а в строго определённом линейном порядке. Каждый ген занимает в хромосоме строго определённое место, называемое локусом. Это положение в течение долгого времени пытались оспорить. Тем не менее это положение доказывалось тем, что частота рекомбинации каждой пары признаков всегда одинакова. Следовательно, она зависит от расстояния между генами. Это позволяет составлять генетические карты хромосом исходя из того, что чем дальше друг от друга находятся гены, тем чаще будет нарушаться их сцепление. Мала вероятность, что перекрёст хромосом и обмен гомологичными участками произойдёт между близко расположенными генами.
Рис. 110. Половые хромосомы человека: X и Y (электронная фотография)
Мы уже говорили о том, что в соматической клетке организма каждая хромосома имеет свою пару, т. е. гомологичную ей хромосому. Однако для одной пары хромосом существует исключение. Это так называемые половые хромосомы, которые бывают двух видов – Х и Y (рис. 110). Эти хромосомы определяют пол организма. Остальные 44 хромосомы (22 пары), одинаковые у мужчин и женщин, называются аутосомами.
Рис. 111. Расщепление по признаку пола у человека
У человека, как и у многих других животных, женский пол имеет пару XX, а мужской – XY. Следовательно, каждая яйцеклетка содержит одну Х-хромосому, а сперматозоид – либо Х– , либо Y– хромосому. Если яйцеклетка оплодотворяется сперматозоидом с Х– хромосомой, потомок будет иметь женский пол, а если с Y, – то мужской (рис. 111). Поэтому существует такое понятие, как наследственность, сцепленная с полом. Если какой-либо ген находится в аутосоме, то он может передаться потомству равновероятно и от отца, и от матери. Если же этот ген расположен в половой хромосоме, то пол родителя играет в наследовании принципиальную роль.
Например, гены, находящиеся в Х– хромосоме, девочка может получить от обоих родителей, а гены, расположенные в Y-хромосоме, может получить
только мальчик и только от отца. К дочери Y– хромосома не попадает никогда. С этим обстоятельством связаны особенности наследования некоторых генетических заболеваний, о которых вы узнаете позднее.1. В каком году появился термин «ген»?
2. Что такое группа сцепления генов?
3. Почему иногда происходит нарушение сцепления генов?
4. Как определяется пол человека?
§ 35 Изменчивость и её виды
Братья ничем не походили друг на друга и никогда не дружили… А когда выросли, трудно было поверить, что это близнецы. Исав был приземист и широкоплеч, всё тело у него было покрыто рыжими волосами. Он был смел, задирист, любил грубоватые шутки и охотно мерялся силой с домочадцами.
…Иаков между тем был совсем другим человеком. Он всегда ступал по проторённым дорожкам, помогал по хозяйству, был образцовым, трудолюбивым и покорным сыном. Исав считал его простачком и относился к нему с некоторым пренебрежением. Он не подозревал, как сообразителен и хитёр этот маменькин сынок.
Все организмы одного вида в чём-то похожи друг на друга. Тем более похожи животные, принадлежащие к одной породе, или растения, принадлежащие к одному сорту. Ещё большее сходство обнаруживают дети с родителями и дети одних родителей между собой. Это объясняется тем, что чем более близким родством связаны организмы, тем больше у них общих генов. Тем не менее двух совершенно одинаковых организмов в природе не существует. Связано это с тем, что помимо наследственности существует и такое явление, как изменчивость, которая тоже является объектом генетических исследований.
Изменчивость бывает двух видов. Признаки, определяющие модификационную, или фенотипическую, изменчивость, приобретаются под влиянием факторов внешней среды и не передаются по наследству. Другой вид изменчивости называют наследственной или генотипической. Она связана с изменениями генотипа, и признаки, приобретённые вследствие этого, передаются по наследству следующим поколениям.
Рис. 112. Листья дуба, выросшие при яркой освещённости (А) и в затенённом месте (Б)
Модификационная изменчивость может значительно изменять внешний вид и функции организма в зависимости от условий его существования, к которым могут относиться питание, влажность, температура, физические нагрузки и пр. Часто даже монозиготные близнецы, т. е. люди, развившиеся из одной зиготы, оказываются совершенно непохожими друг на друга, несмотря на то что их генотипы абсолютно одинаковы. Представители одной и той же породы домашних животных могут разительно отличаться друг от друга по размеру, удою, длине шерсти, яйценоскости и другим признакам в зависимости от условий, в которых они выращиваются. То же самое относится и к растениям. Потомство одного и того же дерева может быть высоким или низким, крупнолистным или мелколистным, обильно плодоносить или не плодоносить вовсе – в зависимости от того, на какой почве и при какой температуре и влажности выросли их саженцы (рис. 112). Тем не менее эти различия имеют определённые пределы. Самый голодный ризеншнауцер никогда не может быть меньше самого перекормленного пекинеса. Эти пределы, в которых возможно изменение фенотипа при данном генотипе, называют нормой реакции. Норма реакции, в отличие от самой модификационной изменчивости, передаётся по наследству. Тот же ризеншнауцер является представителем породы крупных собак, а пекинес – мелких. И все потомки ризеншнауцера будут относительно крупными, а потомки пекинеса – мелкими. Если мужчина увлекается культуризмом и в результате этого приобретает огромную физическую силу, это не означает, что его сын от рождения будет сильным. Но если на протяжении многих поколений все мужчины одного рода рождаются физически сильными, то, скорее всего, их потомки тоже будут обладать большой физической силой.
Существует две формы наследственной изменчивости – комбинативная и мутационная.
Комбинативная изменчивость заключается в появлении новых признаков в результате образования иных комбинаций генов родителей в генотипах потомков. При этом никаких изменений генов не происходит. Существует несколько причин комбинативной изменчивости.
Независимое расхождение хромосом во время мейоза. Как вы знаете, в анафазе первого деления мейоза гомологичные хромосомы расходятся к разным клеточным полюсам и в дальнейшем оказываются в разных гаметах.