Спадковий, безперервності життя І СЕРЕДОВИЩЕ
Спадковість є категорія історична. Її ключова роль у визначенні безперервності життя полягає в тому, що вона забезпечує фізичний зв'язок між поколіннями клітин або організму у вигляді передачі генетичної інформації від батьків до їх потомства. Але організми живуть в умовах певного середовища. Тому безперервна передача генетичної інформації від батьків до потомства забезпечує єдність організмів і середовища.
Спадковість і безперервність життя
З усіх органічних молекул здатністю до саморепродукції володіють тільки нуклеїнові кислоти. Між тим, перебуваючи в клітинах, вони контролюють їх структуру та властивості (активність). Тому унікальність життя в генетичному сенсі полягає в тому, що нуклеїнові кислоти через статеві клітини забезпечують хімічний зв'язок між поколіннями. Завдяки розмноженню, спадковості і мінливості життя видів триває нескінченно довго як безперервне чергування поколінь із збереженням між ними хімічних зв'язків.
Унікальність життя визначається також і сталістю видів. У процесі розмноження вихідні організми завжди продукують самих себе, тобто «подібне породжує подібне». Потомство пари мишей завжди є мишами, точно так само, як дві бактеріальні клітини є бактеріями того ж виду, що і їх батьківська клітина. Отже, сталість видів визначається передачею подібності від батьків до потомства, тобто спадкуванням властивостей своїх батьків, внаслідок чого організми всіх поколінь (генерацій) в межах виду характеризуються загальним спадковим (генетичною) поведінкою.
это передача сходства от родителей к потомству или склонность организмов походить на своих родителей.
Розрізняють спадкування, яке не пов'язане зі статтю, і наслідування, контрольоване, обмежує і зчеплене зі статтю. Під спадкуванням, не пов'язаних зі статтю, розуміють то успадкування, яке не залежить від статі організмів-батьків або потомства. При спадкуванні, контрольованому підлогою, прояв генів відзначають в обох статей, але по-різному. Успадкування, обмежується статтю, полягає в тому, що прояв генів відбувається лише у однієї статі. Нарешті, успадкування, зчеплене зі статтю, обумовлено локалізацією відповідних генів у статевих хромосомах. Крім цих типів успадкування розрізняють також полігенне спадкування, коли успадкованого ознаки схильна контролю з боку декількох генів.
Однак організми, які сталися від якоїсь пари батьків, не всі є абсолютно однаковими. В одному і тому ж посліді мишей або в одній і тій же культурі бактерій (що походить від однієї бактеріальної клітини) можна зустріти організми, які за якимись ознаками будуть відрізнятися від батьків. Іноді у потомства виявляються ознаки, які були притаманні лише далеким предкам, або ознаки, які є абсолютно новими не тільки для їх батьків, але і для їхніх далеких предків. Отже, для індивідуальних організмів характерні відмінності, мінливість ознак.
Протилежним властивістю спадковості є мінливість. Вона полягає у змінах генетичного матеріалу, супроводжуваних змінами ознак організму. Результатом мінливості є утворення нових варіантів організмів, безперервність різноманітності життя.
Спадковість, мінливість і середовище
Безперервність життя має генетичний характер, бо спадковість і мінливість підтримують стабільність властивостей і здатність організмів до мінливості. Проте генетична безперервність життя пов'язана не тільки зі спадковістю та її мінливістю. Вона пов'язана також з середовищем, в якій живуть і розвиваються організми.
Всі організми живуть і розмножуються в середовищі, умови якої не байдужі для них. До тих пір, поки організм живе, його спадковість взаємодіє із середовищем. Зовнішня шкоди впливає на вираження спадкових ознак і визначає ступінь їх прояву. Взаємодія спадковості і середовища визначає, яким організм є в даний момент і як він повинен розвиватися в майбутньому. Можна сказати, що спадковість припускає, яким організм повинен стати, але не яким він буде. Те, яким організм стане насправді, вирішується взаємодією спадковості і середовища.
это сумма генов или полное количество ДНК, характерное для клеток организма определенного вида.
это сумма генов данного организма, его индивидуальная генетическая конституция, которую он получает от своих родителей.
сумма всех внешних и внутренних признаков (свойств) данного организма.
Кількісними ознаками служать ті, які можна визначити шляхом вимірювань. Наприклад, кількісними ознаками у рослин є маса насіння, плодів, кількість, форма і розміри листя, висота стебел, урожайність і т. д. У домашніх тварин кількісними ознаками є молочна та м'ясна продуктивність, білкове вміст м'яса, кількість жиру в молоці корів, яйценосність курей, маса яєць, оплата корму і т. д. У рослинництві та тваринництві облік кількісних ознак має дуже велике значення не тільки в господарському плані, але і в тому, що їх використовують в селекції високоврожайних сортів рослин і високопродуктивних порід тварин, ведучи відбір на господарсько корисні ознаки. Як правило, кількісні ознаки і в рослин і у тварин контролюються не одним, а великою кількістю генів, що діють в одному напрямку. У людини кількісними ознаками є маса тіла, головного мозку, маса і розміри внутрішніх органів, зростання, кількість формених елементів крові, ступінь пігментації шкіри, загальна інтелектуальність і т. д. Як і у випадку рослин і тварин кількісні ознаки людини теж підлягають генетичному контролю, тобто є полігенними.
На противагу генотипу фенотип будь-якого організму змінюється в процесі росту і розвитку протягом всього його життя. У випадку людини зміни фенотипу у окремого індивідуума можна простежити за його фотографіями, зробленими в різні періоди життя. Можна сказати, що фенотип організму є різним у онтогенезі індивідуума, тобто в ембріональному періоді, після народження, під час статевого дозрівання і т. д.
Генотип організму визначають шляхом спостереження його дії (реалізації генетичної інформації) та впливу на фенотип в умовах певного середовища. Коли дві або кілька організмів ростуть і розвиваються в однакових умовах, але фенотипи їх різні, то це означає, що такі організми мають різні генотипи. Строго кажучи, фенотипи є результатом взаємодії різних генів (компонентів генотипу) між собою та генотипу із середовищем. Тому не можна думати, що організм або які-небудь ознаки організму залежать виключно тільки від генотипу або тільки від середовища. Два однакових генотипу можуть розвиватися в різних умовах і дати різні фенотипи. Точно так само два різних генотипу можуть розвиватися в умовах однакової середовища і дати різні фенотипи. Крім того, якщо організми, що розвиваються в умовах подібної або неоднаковою середовища, мають подібні фенотипи, це ще не означає, що їх генотипи однакові. У таких випадках часто має значення домінантність ознак, яка може ускладнювати встановлення генотипу.
Фенотип організму з певним генотипом формується не тільки під впливом факторів середовища, що діють в даний час, але і тих факторів, які діяли раніше протягом всього життя організму. У випадку людини будь-якої індивідуум з його фізичними, анатомічними, фізіологічними і психічними властивостями є продуктом росту і розвитку, детермініруемая певним генотипом і осуществляющегося в умовах середовища з певною послідовністю різних факторів цього середовища, включаючи соціальні. Іншими словами, кожен індивідуум являє собою продукт його генотипу і життєвого досвіду. Наприклад, японці, які проживають в США, перевершують по зростанню японців на їх батьківщині в Японії, причому це пояснюють характером дієти. Проте в обох випадках діапазон ростових характеристик детермінується генетично.
Найбільш демонстративно взаємодія спадковості і зовнішнього середовища проявляється у однояйцевих (ідентичних) близнюків. Багато спостереження свідчать про те, що життя і виховання ідентичних близнюків у різних сім'ях і в умовах різної середовища завжди приводили до того, що близнюки зберігали фенотипическое схожість, але різнилися між собою як особистості; приклад, що стосується однояйцевих близнюків, свідчить про те, що спадково задатки проявляються лише в умовах певного середовища. Зокрема, на розвиток розумових здібностей людини, які самі по собі детерміновані генетично, може впливати й середовище.
Отже, хоча фенотип не можна зводити лише до генотипу або середовищі, відмінності у фенотипі можуть визначатися окремими або спільними відмінностями генотипу або середовища, спадковість і середовище постійно взаємодіють, визначаючи властивості організмів. Це, однак, не означає абсолютного впливу середовища на прояв всіх ознак. Відомі окремі ознаки, розвиток яких настільки сильно обмежена генотипом, що вони не схильні до модифікації жодним з відомих факторів середовища. Можна сказати, що ці ознаки генетично дуже вузько детерміновані до існуючого різноманітності середовища. Прикладами таких ознак є групи крові і колір очей у людини. Одночасно є ознаки, які залежать від зовнішнього середовища, наприклад, каліцтва новонароджених в результаті прийому отрут чи алкоголю вагітними жінками, але такі ознаки не мають прямого відношення до спадковості.
У біології велике значення мають питання, що стосуються природи мінливості організмів і відносини мінливості до спадковості, бо причини відмінностей між індивідуальними організмами не завжди однакові і можуть бути обумовлені як чинниками середовища, так і чинниками спадковості (генами).
Не можна ніколи знайти пару організмів одного виду, які були б абсолютно однакові фенотипічно. У лісі, степу або на оброблюваній ділянці навіть поруч зростаючі рослини розрізняються між собою, бо вони отримують різну кількість світла, води, мінеральних речовин. Тварини також різні між собою в межах одного виду, тому що ніколи не отримують точно однакової кількості корму в різний час. Отже, перебуваючи в різних умовах по відношенню до поживних речовин, світла, температури і інших зовнішніх чинників, організми навіть з однаковим генотипом завжди різняться між собою фенотипічно. модификационной ) изменчивости, модификации или ненаследственной изменчивости.
Однак розходження між організмами можуть визначатися й іншими причинами. в кошку, ибо организмы этих видов имеют принципиально различные генетические основы.
Відомо, що зростання чоловіків загалом є більшим, ніж у жінок. Однак іноді жінки вище чоловіків, а у високорослих батьків народжуються діти меншого зростання. Ці відмінності пов'язані з тим, що даний спадковий ознака детермінується багатьма генами, експресія яких може змінюватися. Отже, у разі різних генотипів індивідуальні організми одного і того ж виду також можуть розрізнятися між собою за окремими ознаками. Тому мінливість, детермініруемая спадковими факторами, називають генотипической або спадкової мінливістю. Її виникнення пов'язане зі змінами (мутаціями) генів і хромосом, а також рекомбінації генів. З цієї причини дану мінливість називають ще мутаційної, або рекомбинационной (комбинативной) мінливістю (залежно від мутацій або рекомбінації генів). Сполучення мутантних генів з немутантнимі або іншими мутантними генами, а також рекомбінації генів і хромосомні мутації створюють генотипическое різноманітність організмів
сформулировал закон гомологичных рядов наследственности, в соответствии с которым у этих организмов мутационный процесс протекает параллельно, а возникающие мутации характеризуются сходством, образуя гомологичные ряды.
Дія закону гомологічних рядів спадковості, який сформульований у застосуванні до рослин, поширюється на тварин і людини, найбільш яскравою ілюстрацією цього висновку є моделювання багатьох хвороб людини (спадкових і не спадкових) на тварин, тому що деякі хвороби однаково зустрічаються як у людини, так і у тварин (антропозоонози).
Принципове значення має визначення ступеня роздільного впливу спадковості і середовища на фенотипічні відмінності індивідуальних організмів в межах видів. Всупереч тому, що це питання вже дуже давно обговорювалося в генетиці, оцінка цих впливів і до нашого часу залишається пов'язаною з багатьма труднощами і в кожному окремому випадку потребує спеціального розгляду. Проте практика сільського господарства та експериментальні дослідження з рослинами і тваринами свідчать про те, що таке визначення в застосуванні до рослин і тварин цілком можливо.
Відомо, що поліпшення агротехніки при культивуванні рослин або умов утримання при розведенні домашніх тварин, генотипи яких характеризуються не дуже сприятливими можливостями, призводить лише до певного підвищення врожаю рослин або продуктивності тварин, причому не відтворюваному в потомстві цих організмів. генотипические варианты, характеризующиеся большей продуктивностью по мясу, молоку, шерсти или какому-либо другому количественному признаку.
Більш точні дані про ступінь впливу генотипу і середовища на фенотипічні відмінності дали численні старі і нові експериментальні дослідження, виконані в умовах контрольованого середовища та використання організмів у вигляді клонів, чистих і інбредних ліній з подібними генотипами або генотипами, які відрізняються між собою за певними генам.
Клоном є потомство вегетативно розмножується індивідуального організму, наприклад, культура бактерій, отримана в результаті розмноження одноклітинної бактеріальної клітини, культура соматичних клітин, отримана з поодиноких соматичних клітин тварини або людини, рослини, отримані із поодиноких клітин вихідного рослини (мікроклональне розмноження рослин), група дерев або чагарників, що розвинулися з живців, взятих від однієї рослини.
это потомство, полученное от индивидуального организма в результате самоопыления (в случае растений) или самооплодотворения (в случае животных).
Як і у випадку клонів, всі члени лінії є генетично однорідними організмами, тому що мають однакові спадково-константними ознаками. Їх генетичне одноманітність досконаліше, ніж у потомства, одержуваного після перехресного запилення різних організмів.
это организмы, разводимые в мире раздельнополых животных путем неоднократных скрещиваний между собой близких родственников (братьев и сестер).
Численні дослідження взаємодії генотипу і середовища на прикладі організмів багатьох видів показали, що для реакції певного генотипу у відповідь на фактор зовнішнього середовища завжди характерний діапазон, що вимірюється кількістю фенотипів, що продукуються цим генотипом. Різноманітність фенотипів, що виникають у результаті взаємодії певного генотипу з різними факторами середовища (різними середовищні умовами), генетики називають нормою реакції цього генотипу.
Багато генетично детерміновані реакції організмів на зовнішні фактори середовища мають адаптивний характер, що забезпечує життя і розмноження організмів у тих, хто вагається умовах середовища. Серед адаптивних реакцій розрізняють фізіологічний гомеостаз і гомеостаз розвитку. это генетически детерминированная способность организмов противостоять колеблющимся условиям внешней среды.
Часто між фізіологічним гомеостазом і гомеостазом розвитку дуже важко виявити відмінності, тому багато адаптивні реакції носять проміжний характер. Прикладом такої адаптивної реакції є зміна кількості еритроцитів у крові у людей в залежності від перебування їх на тій чи іншій висоті над рівнем моря. Кількість еритроцитів у людей, що живуть в різних висотних умовах, підвищується в міру віддалення від рівня моря. Це пов'язано з тим, що зменшення вмісту кисню в атмосфері викликає інтенсифікацію його транспорту еритроцитами в результаті збільшення кількості останніх. Повернення людини з високогірного району в район, що лежить на рівні моря, супроводжується зниженням кількості еритроцитів.
Норма реакції у всіх організмів має межі, визначаючи їх фенотипічні різноманітність лише в умовах середовища, яка для організмів будь-якого виду не має різких і незвичайних відхилень. Наприклад, багато тропічні рослини виживають в умовах підвищених чи понижених температур, характерних для країн з жарким кліматом. Однак вони гинуть від морозу, до якого стійкі рослини, що є мешканцями північних широт. У випадку людини втрата генотипом в результаті мутації здатності детермінувати адаптивні реакції на фактори звичайної для нього середовища супроводжується спадковим захворюванням.
Оцінка різних форм взаємодії спадковості і середовища дозволяє вважати, що успадковується генотип, але не фенотип, тобто успадковуються гени, але не властивості і ознаки. Можна далі сказати, що властивості і ознаки організмів формуються в процесі розвитку індивідуума, причому розвиток знаходиться під контролем генів і факторів середовища. Останні можуть змінювати прояв ознак, що визначається нормою реакції. Отже, кожна ознака організмів обумовлений як спадковістю, так і середовищем.
Методи, генетичні моделі і рівні вивчення спадковості
Головним і єдиним методом вивчення спадковості організмів є класичний генетичний (гибридологический) аналіз, або, як його ще називають, формальний генетичний аналіз. Основи цього методу були розроблені Г. Менделем. на генные локусы с дальнейшим установлением последовательности генных локусов вдоль хромосомных пар и выяснением тонкой структуры генов.
Генетичний аналіз в принципі подібний хімічному аналізу, завдання якого полягає в розкладанні складних хімічних сполук на більш прості компоненти. Однак на відміну від хімічного аналізу, наприклад нуклеопротеїдів, розщеплення яких на структурні частини засноване на гідролізі, класичний генетичний аналіз грунтується на розщепленні (сегрегації) і рекомбінації генів у мейозі і здійснюється шляхом схрещувань особин з різними ознаками та обліку результатів схрещувань.
Схема генетичного аналізу організмів складається з ряду послідовних етапів, а саме:
Идентификация генов.
Установление генных локусов на хромосомных парах.
Установление последовательности генных локусов вдоль хромосомных пар.
Выяснение тонкой структуры генов.
Результати генетичного аналізу оформляють шляхом складання генетичних карт.
Одним з найважливіших показників ефективності генетичного аналізу є його роздільна здатність, яка в загальних рисах може бути аналогізірована з роздільною здатністю оптичних методів дослідження. Подібно до того, як роздільна здатність оптичних приладів (мікроскопів) обмежена хвильовою природою світла, роздільна здатність генетичного аналізу обмежується кількістю досліджуваного потомства, одержуваного в схрещуваннях, бо, чим більшим є кількість потомства, тим більшою є можливість виявлення серед них рідкісних рекомбінантів і, отже, встановлення частоти кросинговеру.
г., в генетике в качестве экспериментальной модели (системы) широко используют плодовую мушку Drosophila melanogaster Являясь эукариотом с дифференцированными тканями, этот организм очень удобен для изучения многих вопросов наследственности.
Зокрема, у цього організму було ідентифіковано і вивчено велику кількість генних та хромосомних мутацій, причому хромосомні мутації з-за великих розмірів в клітинах слинної залози виявилися доступними для вивчення за допомогою звичайного мікроскопа.
На цьому організмі була показана «міць» генетичного аналізу. . melanogaster .
Проте вивчення інших генетичних систем, зокрема мікроорганізмів, показало, що статева репродукція не є єдиним шляхом, при якому здійснюється об'єднання, розщеплення і рекомбінація генетичних структур, що походять від вихідних (батьківських) організмів. Ці процеси можуть проходити і при інших формах генетичного обміну. ) бактериальных вирусов (фагов) и микроскопических грибов такими формами генетического обмена являются трансформация, конъюгация и трансдукция.
В якості експериментальних моделей широко використовують також дріжджі. Будучи найпростішими еукаріотами, ці організми володіють усіма перевагами бактерій. Але крім цього, вони виявилися доступними для вивчення на них генетики мітохондрій, сплайсингу РНК, гаплоі-дії і диплоидов.
Класичний генетичний аналіз використовують у генетиці рослин і тварин, а також їх культивованих клітин. Однак по відношенню до вищих організмам тих видів, яким властиве тривалий час між генераціями і мала кількість нащадків на пару, він або неможливий, або дуже ускладнений. Через неможливість класичного генетичного аналізу організмів ряду видів вивчення їх спадкоємності проводять за допомогою інших методів. Наприклад, для вивчення спадковості людини використовують метод родоводів (генеалогічний аналіз), цитогенетичний, популяційний, блізнецовий та інші сучасні методи
. melanogaster .
Преимущества этого растения в качестве экспериментальной модели заключаются в том, что его легко культивировать в лабораторных условиях и что оно имеет очень короткий срок вегетации (всего лишь 5 недель).
У всіх цих організмів ідентифіковані різні мутації, створені їх геномні бібліотеки і секвенований більшість генів. Секвенування стало методом вивчення тонкої будови генів у всіх організмів.
Список літератури:
Біологія. У 2 кн. (Підручник) Під ред. В.Н. Яригіна (2003, 5-е вид., 432с., 3
Мікробіологія. (Підручник) Гусєв М.В., Мінєєва Л.А. (2003, 464с.)
Біологія з основами екології. (Підручник) Пехов А.П. (2000,