Наследственность и изменчивость в биологии

Свойства наследственности и изменчивости

Еще в древние времена складывались весьма многогранные представления о том, что живые существа обладают свойствами наследственности и изменчивости. Отмечалось также, что при размножении организмов из поколения в поколение передается ряд признаков и свойств, которые присущи конкретному виду, ввиду чего детеныши часто похожи на своих родителей. Эта закономерность называлась внешним проявлением наследственности. Но при этом также очевидно, что особи одного вида имеют актуальные различия, даже если они рождены от одних и тех же родителей. Эта тенденция признается проявлением изменчивости.

Характеристики наследственности и изменчивости

Знания о наследственности и изменчивости длительное время использовались при практической реализации задач селекции, а именно: при выведении новых пород животных, сортов растений, штаммов микроорганизмов. Традиционным методом сельского хозяйства признавалась гибридизация. Она обладала следующими чертами:

• скрещивание организмов;
• организмы отличаются друг от друга по ряду актуальных признаков.

До конца 19 века селекция была научно не проработана, ее основным методом был метод «проб и ошибок», поскольку сведений о механизмах проявления наследственности и изменчивости организмов было недостаточно, а все гипотезы в основном были исключительно умозрительными.

Все изменилось при выходе в свет труда основоположника генетики Г. Менделя «Опыты над гибридами», который содержал исчерпывающее описание закономерностей наследования признаков, установленных в ходе тщательных экспериментов. По началу исследование генетика осталось без внимания и новизна идей, а также их глубина не была оценена по достоинству. Только в 1900 -м году три исследователя открыли заново законы Менделя и подтвердили их. Ими были:

• Г. Де Фриз;
• К. Корренс;
• Э. Чермак.

С этого момента начинается новый этап в развитии биологии и формируется новое понимание генетики. Как наследственность, так и изменчивость обеспечивает сохранение видов на протяжении длительных эволюционных промежутков, а также позволяет отдельным популяциям выживать в меняющихся условиях среды. Выживают те особи, которые являются наиболее приспособленными к динамике различных экологических факторов. Изменчивость делится на наследственную и ненаследственную.

Изменения затрагивают не только соматические клетки организма, но и половые. При половом размножении такие изменения не наследуются, но при вегетативном размножении потомкам могут достаться измененные клетки с их новыми признаками.

Ненаследственная изменчивость является модификационной и сосредотачивает внутри себя такие изменения, которые формируются под действием факторов среды (света, температуры, питания и пр). Примером для наблюдения феномена ненаследственной изменчивости является развитие близнецов в разных условиях. Ненаследственная изменчивость имеет исключительно групповой характер и обладает строгой направленностью. Например, чем больше пищи, тем больше масса животного). Модификации имеют адаптивный характер.

Что касается наследственной изменчивости, то она может быть мутационной и комбинативной. Мутационная изменчивость не просчитывается и является ненаправленной. Мутации имеют колоссальное эволюционное значение, являются, своего рода «сырым эволюционным материалом». Мутации всегда индивидуальны и возникают в отдельные молекулы ДНК.

Что касается комбинативной изменчивости, то она формируется в связи с возникновением новых генетических сочетаний при оплодотворении (в профазе первого деления мейоза). Этот процесс характерен для эукариот.

Баланс между наследственностью и изменчивостью имеет колоссальное эволюционное значение. Новые признаки формируются в результате изменчивости, а закрепляются в ряду поколений они сохраняются в ряду поколений. Когда накопление признаков достигает должного уровня, происходит образование новых видов в природе.

Наследственность бывает прямой и сцепленной. Прямая наследственность формируется при оплодотворении живых организмов и означает передачу признаков потомкам. При этом одни признаки проявляются в фенотипе, являются доминантными. Те признаки, которые находятся в генотипе, но не проявляются внешне называются рецессивными.

Законы наследственности были сформулированы Г. Менделем:

• Первый закон является правилом единообразия. Он говорит о том, что при скрещивании особей, отличающихся по одной паре признаков, потомство получается одинаковым или единообразным по генотипу и фенотипу.
• Второй закон Менделя гласит: при скрещивании гибридов первого поколения между собой, во втором поколении расщепляются доминантные или рецессивные признаки. Расщепление устанавливается в соотношении 3 к 1 по фенотипу и 1 к 2 к 1 по генотипу.
• Третий закон Менделя говорит о том, что некоторые признаки, лежащие в разных парах хромосом, наследуются независимо друг от друга и дают разные сочетания генотипов. При этом возникает большое разнообразие генотипов.

Также наследственность может проявляться в так называемой сцепленной форме. Организм любого вида имеет большое разнообразие признаков, которое подкрепляется несколькими тысячами генов. При этом число хромосом относительно невелико (например, у человека 23 пары), в связи с чем гены вынуждены располагаться по группам (в сотнях и тысячах штук). Закономерности наследования генов в сцепленной форме исследовал Т. Морган, который назвал такие гены группой сцепления. Количество групп сцепления в клетке равно гаплоидному набору хромосом.