Что такое наследственность и изменчивость?
Наследственность — это способность организмов передавать потомству свои признаки и особенности развития. Наследственная информация заложена в генах. Обычно каждый ген, отвечающий за какой-либо признак, находится в двойном экземпляре, на каждой из гомологичных (парных) хромосом. Конечно, признаки бывают разными, например, ген на одной хромосоме отвечает за светлые волосы, а на другой тот же ген отвечает за темный цвет волос.
Разумеется, все гораздо сложнее, и за один признак нередко отвечают несколько генов. Такая наследственность называется полигенной, в отличие от моногенной, когда один ген отвечает за один признак. Гены, а значит и признаки, бывают доминантными (проявляются в одном экземпляре) и рецессивными (проявляются в двух экземплярах).
Нередко потомки отличаются от родителей, приобретая новые свойства. Да и известные признаки комбинируются по-разному. Кроме того, среди представителей одного вида имеется разнообразие. Есть светловолосые и темноволосые люди, кареглазые и синеглазые, а у животных рисунки на шерсти отличаются друг от друга. Такое разнообразие признаков среди представителей одного вида и способность потомков приобретать новые признаки называется изменчивостью.
Изменчивость бывает наследственной и ненаследственной (модификационной). Наследственную, или генотипическую, изменчивость определяют разные мутации (изменения последовательности нуклеотидов в ДНК), их разнообразные комбинации в поколениях. Наследственная изменчивость, которая вызвана появлением мутаций, называется мутационной, а та, что обусловлена дальнейшей рекомбинацией (разными сочетаниями) генов, называется комбинативной.
Модификационная изменчивость — изменение фенотипа в результате воздействий окружающей среды, которое носит приспособительный характер. Генотип при этом остается неизменным.
Примеры модификационной изменчивости можно найти повсюду. Например, у человека при подъеме в горы в крови увеличивается количество эритроцитов, переносящих кислород. Так облегчается дыхание. Под воздействием ультрафиолетового солнечного излучения загорает кожа, под воздействием тренировок развиваются мышцы.
Бабочки-нимфалиды и колорадские жуки, развивающиеся при различной температуре, обретают разную окраску, а зайцы и белки весной и осенью сменяют шубку.
У растений можно привести пример, когда равнинные виды, выращенные в горах, становятся низкорослыми, а строение подводных и надводных листьев у стрелолиста и водного лютика отличается. Таким образом, генотип (совокупность генов) формирует разные фенотипы (совокупность признаков). Эта способность называется нормой реакции. Таков пример изменчивости, которая, как и наследственность, служит предметом науки генетики.
Как мутации влияют на кровь?
Эритроциты — красные клетки крови, в которых находится гемоглобин, переносящий кислород. Обычно гемоглобин имеет вполне компактную форму и легко помещается в клетках, которые имеют форму двояковогнутых дисков. Но в случае мутации гена, отвечающего за его синтез, когда заменяется лишь одна аминокислота, форма молекулы меняется, она становится длинной и меняет форму клетки. Клетка становится серповидной. Мутантный гемоглобин плохо переносит кислород, и у человека развивается анемия — малокровие.
Начало науки генетики
Интерес к проблеме сходства и отличий между родителями и детьми проявляли уже ученые Античности. Однако наука о наследственности и изменчивости — генетика — зародилась лишь в конце XIX в. Начало ей положил Грегор Мендель, который провел множество экспериментов, изучая наследственные признаки у гороха. Например, он выяснил, что при скрещивании растений с желтыми и зелеными горошинами получаются желтые, а при скрещивании гибридов между собой желтые и зеленые горошины получаются в соотношении 3:1.
На основе этих наблюдений Мендель вывел важные законы. Первый закон говорит о единообразии признака в первом поколении. Второй гласит, что во втором поколении наблюдается расщепление признаков: по фенотипу это сочетание 3:1, а по генотипу — 1:2:1 (из трех желтых горошин в двух содержатся гены зеленого цвета в скрытом, рецессивном состоянии). Согласно третьему закону гены наследуются независимо друг от друга. Мендель выбирал для исследования конкретные признаки, которые не имеют промежуточных форм. Позднее оказалось, что каждый из признаков, которые изучал Мендель, обусловлен одним геном, а эти гены расположены на разных хромосомах и действительно наследуются независимо. Потому и получились такие точные сочетания.
В начале XX в. выяснилось, что многие признаки наследуются сцепленно. Томас Хант Морган предположил, что гены, определяющие сцепленные признаки, находятся на одних и тех же хромосомах, и чем ближе они расположены, тем чаще наследуются вместе. Исследуя наследственные признаки у мушки дрозофилы, Морган составил карты хромосом. Так стала развиваться наука генетика.
На кого мы похожи?
Нередко бывает так, что дети похожи не на родителей, а на бабушек и дедушек. Это происходит потому, что некоторые признаки могут проявляться только через поколение. Они называются рецессивными, и у родителей находятся в скрытом, подавленном состоянии. Но если такой рецессивный ген ребенок получает от обоих родителей, то в двойном экземпляре он проявляется. И поэтому у темноволосых родителей может родиться светловолосый ребенок.
Вопросы для самопроверки
- Какие гены проявляются в единственном экземпляре, а какие — в двух?
- Что вызывает наследственную изменчивость?
- Происходят ли изменения генов у зайца, когда он меняет цвет шубки?
- Чем генотип отличается от фенотипа?
- Изучение каких организмов помогло зародиться генетике?
Ответы
- В единственном экземпляре проявляются доминантные гены, а в двух — рецессивные.
- Наследственную изменчивость вызывают мутации и рекомбинации генов.
- Нет, это не наследственная модификационная изменчивость, которая помогает зайцу приспособиться к изменению внешних условий.
- Генотип — это совокупность генов, а фенотип — совокупность признаков, при этом далеко не все гены проявляются.
- Зарождению генетики как науки способствовало изучение гороха и дрозофилы.