Наследственность и изменчивость

Оглавление

1. Введение

      В природе постоянно происходит колебание численности популяций: число особей в популяции то сокращается, то увеличивается. Эти процессы сменяют друг друга более или менее регулярно, поэтому их называют волнами жизни или популяционными волнами. В одних случаях они связаны с сезоном года (у многих насекомых, у однолетних растений). В других случаях волны наблюдаются через более длительные сроки и связаны с колебаниями климатических условий или урожаев кормов (массовое размножение белок, зайцев, мышей, насекомых). Иногда причиной изменения численности популяций являются лесной пожар, наводнение, очень сильные морозы или засухи.

      Волны эти совершенно случайно и резко  изменяют в популяции концентрации редко встречающихся генов и  генотипов. В период спада волн одни гены и генотипы могут исчезнуть полностью, притом случайно и независимо от их биологической ценности. А другие также случайно останутся и при том новом нарастании численности популяции резко повысят свою концентрацию. Популяционные волны, как и мутационный процесс, поставляют случайный, ненаправленный наследственный материал для борьбы за существование и естественного отбора.

      Дарвин  отметил соотносительный характер наследственной изменчивости:

длинные конечности животных почти всегда сопровождаются удлиненной шеей, у бесшерстных собак наблюдаются недоразвитые зубы.

      Связан  с тем, что один и тот же ген  оказывает влияние на формирование не одного, а двух и более признаков. В основе всех видов наследственной изменчивости лежит изменение гена или совокупности генов. Поэтому, проводя отбор по одному, нужному признаку, следует учитывать возможность появления в потомстве других, иногда нежелательных признаков, соотносительно с ним связанных.

   Неопределенная  изменчивость, которая затрагивает  хромосомы или гены, т.е. материальные основы наследственности, она обусловлена изменением генов или образованием новых комбинаций  их в потомстве.

• мутации – обусловлены изменением генов
• комбинативная – вызван новой комбинацией генов в потомстве
• соотносительная – связана с тем, что один и тот же ген оказывает влияние на формирование не одного, а двух и более признаков.

   Наследственность  и изменчивость, – разные свойства организмов, обусловливающие сходство и несходство потомства с родителями и с более отдаленными предками. Наследственность выражает устойчивость органических форм в ряду поколений, а изменчивость – их способность к преобразованию.

    Дивергенция (от ср. - век. Лат.  Диверго – отклоняюсь), расхождение  признаков и свойств у первоначально  близких групп организмов в  ходе эволюции. Результат обитания в разных условиях и неодинаково направленного Е.О. Понятие дивергенция введено Дарвином для объяснения многообразия сортов культурных р-нтй, пород домашних ж-ных и биолиг. Видов

   В неопределенную изменчивость  входит мутация, а мутация – это элемент. Эволюционным материалом.

2. Наследственность

          Революция в генетике была  подготовлена всем ходом могущественного  развития цдей и методов мендилизма  и хромосомной теории наследственности. Уже в недрах этой теории  было показано, что существуют явления трансформаций у бактерий; что хромосомы - это комплексные компоненты, состоящие из белка и нуклеиновой кислоты. Молекулярная генетика - это истинное детище всего XX века, которое на новом уровне впитало в себя прогрессивные итоги развития хромосомной теории наследственности, теории мутации, теории гена, методов цитологии и генетического анализа. На путях молекулярных иследований в течении последних 20 лет генетика претерпела поистене революционные изменения. Она является одной из самых блестящих участниц в общей революции современного естествознания. Благодаря ее развитию появилась новая концепция о сущестности жизни, в практику вошли новые могущественные методы управления и познания наследственности, оказавшие влияние на сельское хозяйство, медицину и производство.

          Основным в этой революции  было раскрытие молекулярных  основ наследственности. Оказалось,  что сравнительно простые молекулы  дизоксирибонуклеиновых кислот (ДНК)  несут в своей структуре запись  генетической информации. Эти открытия создали единую платформу генетиков, физиков и химиков в анализе проблем наследственности. Оказалось, что генетическая информация действует в клетке по принципам управляющих систем, что ввело в генетику во многих случаях язык и логику кибернетики.

          Вопреки старым воззрениям на  всеобъемлющую роль белка как  основу жизни, эти открытия  показали, что в основе приемственности  жизни лежат молекулы нуклеиновых  кислот. Под их влиянием в каждой  клетке формируются специфические  белки. Управляющий аппарат клетки собран в ее ядре, точнее - в хромосомах, из линейных наборов генов. Каждый ген, являющийся элементарной единицей наследственности, вместе с тем представляет собой сложный микромир в виде химической структуры, свойственной определенному отрезку молекулы ДНК.

          Таким образом современная генетика  открывает перед человеком сокровенные  глубины организации и функций  жизни. Как всякие великие открытия, хромосомная теория наследственности, теория гена и мутаций (учения  о формах изменчивости генов и хромосом) оказывали глубокое влияние на жизнь. Развитие физико-химической сущности явления наследственности неразрывно связано с выяснением материальных основ всех явлений жизни. В явлении жизни нет ничего кроме атомов и молекул, однако форма их движения качественно специфична. Наследственность не автономное, независимое свойство, оно неотделимо от проявления свойств клетки в целом.

Взаимодействие  молекул ДНК, белков и РНК лежит  в основе жизнедеятельности клетки и ее воспроизведения. Поскольку явление наследственности, в общем смысле этого понятия, есть воспроизведение по поколениям сходного типа обмена веществ, очевидно, что общим субстратом наследственности является клетка в целом.

          Явление наследственности в целом  необусловлено исключительно генами и хромосомами, которые представляют собой все же только элементы более сложной системы - клетки. Это не умаляет роли генов и ДНК, в них записана генетическая информация, т. е. возможность воспроизведения определенного типа обмена веществ. Однако реализация этой возможности, т. е. процессы развития особи или процессы жизнедеятельности клетки, базируется целостной саморегулирующейся системе в виде клетки или организма. В настоящее время в качестве первоочередной встает задача, выяснить, как осуществляется высший синтез физических и химических форм движения, появление которого знаменовало собой возникновение жизни и наследственности. Явление жизни нельзя свести к химии и физике, ибо жизнь - это особая форма движения материи. Однако ясно, что сущность этой особой формы движения материи не может быть принята без знания природы простых форм, которые входят в него уже как бы в "снятом виде". Поэтому проблема физических и химических основ наследственности является ныне одной из центральных в генетике. Ее разработка должна заложить основы для решения проблем наследственности во всей сложности ее биологического содержания. Совершенно ясно, что важнейшие вопросы философского материализма связаны с разработкой этой проблемы. Материалистическая постановка решающих вопросов наследственности не мыслима без признания того, что явление наследственности материально обусловлено, что в клетке которая образует поколение, должны иметься определенные материальные вещества и структуры, физические и химические формы движения которых благодаря их специфическому взаимодействию создают явление наследственности.

          В свете сказанного вполне  понятно то значение, которое  имеет полная физико-химическая  расшифровка строения биологически  важных молекул. Несколько лет  назад впервые химическими средствами вне организма была синтезирована белковая молекула - гормон инсулин, управляющий углеводным обменом в организме человека. Недавно была расшифрована физическая структура двух белков - дыхательных пигментов крови и мышц - гемоглобина и миоглобина. Для молекулы фермента лизоцина физики открыли пространственное расположение каждого из тысячи атомов, участвующих в построении его молекул. Установлено место в молекуле, ответственное за каталитический эффект этого биологического катализатора, недопускающего проникновения вирусов в клетку.

          После этих событий, связанных  с раскрытием природы генетического  кода и генетических механизмов  в синтезе белков, впервые удалось  дать полный химический анализ  и формулы строения молекулы транспортной РНК. Все эти открытия, включая замечательный факт, что синтез молекул ДНК идет под координирующим влиянием затравки (матричной ДНК), показывает, какой серьезный шаг сделала генетическая биохимия к созданию прототипа живого.

          Поистине фантастические горизонты открываются на путях синтеза генов в искуственных условиях, которые осуществлены в исследованиях Г. Корана и его группы ученых-последователей. Другим выдающимся открытием послужила разработка условий для искусственного самоудвоения ДНК в бесклеточной системе. Было установлено, что молекулы ДНК (по крайней мере у вирусов и бактерий) сущесвуют в форме замкнутого кольца и в таком виде служат матрицей для ДНК-полимеразы.

3. Изменчивость

      ^{Ч. Дарвин о причинах эволюции животного мира (наследственность, изменчивость, естественный отбор). Ч.Дарвин в своей работе «Происхождение видов путем естественного отбора, вешедшей в 1859 году, раскрыл главные движущие силы эволюции растений и животных - это изменчивость, наследственность и отбор.}

    ^{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.  Наследственностью называют общее свойство всех организмов сохранять и   передовать признаки строения и функций от предков к потомству. Например,  цыплята, выведенные в инкубаторе из яиц яйценосных кур, будут яйценоскими.}

   ^{Давно было замечено, что особи данной породы, сорта или вида под влиянием   определенных причин изменяются в одном направлении. Причиной служит   непосредственное влияние факторов внешней среды. Эта изменчивость не   затрагивает наследственную основу организма, т.е. его генотип. Но существует   еще наследственная изменчивость, связанная с изменением генов или целых   хромосом и их участков. Это свойство является наследственным и передается в   ряду поколений. Им Дарвин придавал особенно большое значение, т.к. эта форма   изменчивости дает материал для искусственного и естественного отбора.}

   ^{На основании многочисленных наблюдений Дарвин пришел к выводу, что в природе   происходит отбор изменений, передающихся по наследству. Так, хищники,  охотящиеся на растительноядных животных, прежде всего уничтожают слабых   особей. В процессе такого отбора из поколения в поколение выживают те особи,  которые быстрее бегают, более выносливы. Лучше сохраняются и те из них, чья   окраска более соответствует фону. С другой стороны, растительноядные животные   влияют на отбор среди хищников (тот, кто не поймает добычу, остается   голодным). Если животное какого-либо вида интенсивно размножаются и занимают   большую территорию, отбор может идти в разных направлениях. Так,  клест-сосновник и клест-еловик произошли от одного вида птиц, благодаря тому,  что их предки при расселении оказались в разных условиях.  Выживание наиболее приспособленных к условиям жизни животных Дарвин назвал   естественным отбором. Он доказал, что все многообразие видов в природе и все   приспособления животных к условиям жизни - результат естественного отбора.  Дарвин различал 2 формы отбора: стабилизирующий и движущий.}

3.1 К.Линней

      ^{В плеяде выдающихся биологов XVIII в. звезды первой величины – Ж. Бюффон (1707 –1788) и К. Линней (1707 – 1778). В своем творчестве они воплощают  разные исследовательские  традиции, которые  для них были и  различными жизненными ориентирами. Бюффон в 36-томной “Естественной истории” одним из первых в развернутой форме излагал концепцию трансформизма (ограниченная изменчивость видов и происхождение видов в пределах относительно узких подразделений (от одного единого предка) под влиянием среды); он догадывался о роли искусственного отбора, как предшественник Ж. Сент-Илера сформулировал идею единства живой природы и единства плана строения живых существ (на основе представления о биологическом атомизме).}