Естествознание. Базовый уровень. 11 класс

Рис. 113. Полиплоидия на уровне клетки

При этом в образовавшейся гамете какими-то хромосомами будут те, что достались от отца, а какими-то – те, что достались от матери. Сочетание тех и других зависит от чистой случайности, и поэтому гаметы, образовавшиеся из одной и той же исходной клетки, будут различными.

Обмен участками хромосом при мейозе. Обмен участками гомологичных хромосом в первой профазе мейоза может привести к тому, что папина хромосома прихватит участок маминой, и наоборот. Какими участками обменяются родительские хромосомы – дело случайное, а поэтому точный состав гамет непредсказуем.

Случайная встреча гамет при оплодотворении. У многих животных одновременно созревает много яйцеклеток, которые встречаются с большим количеством сперматозоидов. Генотип будущего организма зависит от того, какой сперматозоид какую яйцеклетку оплодотворит, и этот процесс также является случайным, что приводит к многообразию потомства.

При мутационной изменчивости меняется структура хромосом и генов, что может привести к появлению новых признаков.

Рис. 114. Семена ржи: А – диплоидный сорт (2n = 14); Б – тетраплоидный сорт (2n = 28)

Впервые термин «мутация» ввёл в 1901 г. ботаник Гуго де Фриз. Согласно современным представлениям, мутации – это внезапные естественные или вызванные искусственно наследуемые изменения генетического материала, приводящие к изменению тех или иных фенотипических признаков и свойств организма. По уровню изменения генетического материала различают геномные, хромосомные и генные мутации. При геномных мутациях изменяется число хромосом, причём иногда целыми гаплоидными наборами. В результате клетка, вместо того чтобы быть диплоидной, становится триплоидной, тетраплоидной или содержит ещё большее число наборов хромосом (рис. 113). Это явление называют полиплоидией. У животных оно встречается очень редко, так как препятствует половому размножению. Зато у растений, особенно у культурных, полиплоидия – довольно обычное явление (рис. 114). Многие сорта растений, которые мы повседневно употребляем в пищу, являются полиплоидами. Иногда число хромосом изменяется на 1–2 штуки. Отсутствие хромосомы или наличие лишней приводит к серьёзным нарушениям в работе организма. Наиболее известным примером геномной мутации является болезнь Дауна, которая связана с появлением в геноме человека одной лишней хромосомы. При этой болезни страдают умственные способности и уменьшается продолжительность жизни человека.

Хромосомные мутации изменяют структуру отдельных хромосом, приводя к нарушению функционирования сразу многих генов. Участок хромосомы может разрушиться или, наоборот, удвоиться, может перевернуться на 180° или переместиться в другое место той же или другой хромосомы. Всё это серьёзно влияет на состояние организма вплоть до невозможности развития зародыша уже на ранних стадиях.

Генные мутации имеют те же особенности, что и хромосомные, но только возникают они не на крупных участках хромосом, а на уровне отдельных нуклеотидов. Может добавиться или утратиться какой– нибудь нуклеотид, либо нуклеотиды могут поменяться местами. Часто при этом ген приходит в полную негодность, так как начинает синтезировать совсем не тот белок, который требуется. Например, при утере всего одного первого нуклеотида последовательность в ДНК, которая должна читаться как АГГ ЦТА АГЦ ТАТ ЦАГ, будет считываться как ГГЦ ТАА ГЦТ АТЦ АГ… что, как легко понять, приведёт к синтезу совершенно другого белка.

По месту возникновения различают соматические и генеративные мутации. Соматические мутации возникают в клетках тела и при половом размножении не передаются следующему поколению. Как правило, их последствия ограничиваются изменениями в определённой клетке, которая при этом часто погибает. Исключение составляют мутации, ведущие к развитию опухолей, в том числе злокачественных, которые представляют опасность для всего организма. Соматические мутации могут передаваться потомству только при вегетативном размножении. Генеративные мутации возникают в половых клетках, наследуются и могут сохраняться у потомства на протяжении многих поколений. Внешне они проявляются редко, так как большинство мутантных аллелей являются рецессивными. Для того чтобы такая мутация проявилась в фенотипе, требуется, чтобы она оказалась в гомозиготном состоянии, а для этого необходима встреча двух носителей таких мутаций.

Мутагенные факторы

Способность мутировать – это одно из свойств генов, поэтому мутации могут возникать у всех организмов. Одни мутации несовместимы с жизнью, и получивший их эмбрион гибнет ещё в утробе матери, другие вызывают стойкие изменения признаков в разной степени значимых для жизнедеятельности особи. В обычных условиях частота мутирования отдельного гена чрезвычайно мала (10^{– 5}), но существуют факторы среды, значительно увеличивающие эту величину и вызывающие необратимые нарушения в структуре генов и хромосом. Факторы, воздействие которых на живые организмы приводит к увеличению числа мутаций, называют мутагенными факторами или мутагенами.

Все мутагенные факторы можно разделить на три группы.

К физическим мутагенам относятся все виды ионизирующих излучений (-лучи, рентгеновские лучи), ультрафиолетовое излучение, высокая и низкая температура.

Химические мутагены – это аналоги нуклеиновых кислот, перекиси, соли тяжёлых металлов (свинца, ртути), азотистая кислота и некоторые другие вещества. Многие из этих соединений вызывают нарушения в редупликации ДНК. Мутагенное действие оказывают вещества, используемые в сельском хозяйстве для борьбы с вредителями и сорняками (пестициды и гербициды), отходы промышленных предприятий, отдельные пищевые красители и консерванты, некоторые лекарственные препараты, компоненты табачного дыма.

К группе биологических мутагенов относятся чужеродная ДНК и вирусы, которые, встраиваясь в ДНК хозяина, нарушают работу генов.

Проверьте свои знания

1. Что такое норма реакции? Известно, что ширина нормы реакции существенно отличается у разных признаков. Предположите, какие признаки обладают наиболее узкой нормой реакции и почему.

2. Назовите причины комбинативной изменчивости.

3. Что такое мутации? Попробуйте выделить и охарактеризовать основные свойства мутаций.

4. Какие факторы внешней среды могут увеличивать вероятность мутаций?

Задания

1. Если у вас или ваших знакомых есть братья или сёстры примерно одного возраста (лучше, если они близнецы), постарайтесь подметить сходства и различия в их внешнем виде, характерах, вкусах и привычках.

2. Попробуйте объективно оценить свой образ жизни. Подвержен ли ваш организм действию мутагенных факторов? Можете ли вы снизить влияние этих факторов?

3. Подготовьте доклад или презентацию на тему «Наследственные аномалии человека, обусловленные генными, хромосомными или геномными мутациями. Причины роста числа наследственных аномалий в человеческой популяции».

Ваша будущая профессия

1. Как вы считаете, помогут ли вам в жизни знания и умения, полученные при изучении материала этой главы? Ответ обоснуйте.

2. Какие профессии в современном обществе требуют знания систематики и жизнедеятельности организмов разных таксонов животного и растительного царств?

3. Используя дополнительные источники информации, выясните, что является предметом изучения микологов, альгологов, лихеонологов. Почему эти специалисты участвуют в реставрационных работах?

4. По мнению учёных, если XX век был веком генетики, то XXI век будет веком геномики. Выясните, что является предметом изучения науки геномики.

Строение и деятельность живых систем. Популяции и экологические системы

§ 36 Экология и экологические факторы

Вот экология – модное слово,

Раньше природа не знала такого,

Банки, бутылки в кусты не бросали,

В реку отходы и нефть не сливали.

Марк Львовский