Підручник з Біології. 9 клас. Межжерін - Нова програма

Тема 9. БІОЛОГІЯ ЯК ОСНОВА БІОТЕХНОЛОГІЇ ТА МЕДИЦИНИ

§ 58. Одомашнення та селекція

Терміни й поняття: одомашнення, селекція, штучний відбір, порода, сорт, інбридинг, гетерозис.

Одомашнення тварин. Ще в стародавні часи в період первіснообщинного ладу людина навчилася приручати диких тварин та вирощувати дикорослі рослини, надаючи їм бажаних властивостей. Цей процес, коли протягом тисяч поколінь дика тварина чи дикоросла рослина перетворюються на культурну, називають одомашненням. Механізм одомашнення полягає в несвідомому штучному доборі, коли людина залишає для розмноження особини з бажаними властивостями. Згодом тварини втрачають зовнішні риси й властивості диких предків, а, натомість, набувають якостей, вигідних для людини. Вважають, що саме поява домашніх тварин та культурних рослин привели до появи людських поселень, які згодом стали перетворюватися на міста, й це стало основою сучасної цивілізації.

Найбільш відомі одомашненні тварини. Людина по-справжньому одомашнила трохи більш ніж 20 видів тварин. Головним чином це ссавці, більшість яких була приручена дуже давно — 6-10 тис. років тому. Мабуть, найбільш знаковими свійськими тваринами є велика рогата худоба, до якої належать кілька видів парнокопитних родини Бикові — це, насамперед, бик свійський, самку якого називають коровою (вони живуть на всіх материках, крім Антарктиди), а також тропічні тварини: бик кошлатий, буйвол азійський, балійська худоба, гаял. Свійськими ссавцями, яких розводять як джерело м'яса, шкіри і шерсті, є вівця, коза, лама, свиня. Свійського коня, осла й північного оленя більше використовують як транспортні засоби; собаку — як помічника в полюванні та охороні житла; кішку — як «тварину-компаньйона».

Зараз відомі дикі предки майже всіх одомашнених ссавців, а деякі з них навіть уже зникли. Йдеться про тура, що є предком бика свійського, й тарпана, який є дикою формою коня свійського (іл. 58.1).

Кілька століть тому тур і тарпан ще жили на території України. Суперечки щодо дикого предка не вщухають лише щодо собаки, адже чітко доведено, що її безпосереднім предком не були ані вовк, ані шакал, хоча ці тварини зовні та за поведінкою на неї дуже схожі. Можливо, в цьому випадку, як зі свійським биком та конем, дикий предок вже просто вимер.

Найбільш відомими птахами, що були одомашнені людиною, є звичайна свійська качка, предком якої є крижень, та свійська гуска, що походить від гуски сірої, а також домашня курка, дикою попередницею якої є банківський півень (іл. 58.2). Домашні кури — це не лише найбільш поширена свійська тварина, а й найчисленніший представник класу Птахи. Вважають, що курей почали одомашнювати дуже давно — 8-10 тис. років тому в Китаї.

Іл. 58.1. Тур — предок бика свійського

Іл. 58.2. Мешканець тропічних лісів — банківський півень

Свійських тварин серед інших класів і типів майже немає. Винятком є лише бджола медоносна — комаха, яку людина розводить заради збирання меду й воску ще з незапам'ятних часів.

Поява культурних рослин. Видів культурних рослин значно більше, ніж тварин і це не дивно, адже їх вирощують не лише як харчові ресурси, а й для отримання кормів для свійських тварин, ліків, промислової сировини та естетичної насолоди (деревні, кущові та квіткові сорти).

Такі відомі рослини, як пшениця, рис, ячмінь, жито, яблуня, гарбуз, огірок і багато інших, без яких неможливо уявити життя сучасної людини, людина ввела в культуру давно — 4-12 тис. років тому, хоча з деякими з них (соняшник, кукурудза, картопля, томати) європейці познайомилися лише кілька сотень років тому.

Селекція. Це особлива наука про виведення нових форм організмів із цінними для людини властивостями. Науковою основою селекції є генетика — наука про спадковість і мінливість організмів. Завданнями селекції (від лат. селекціо — добір) тварин є виведення нових порід або вдосконалення тих, що вже існують; селекції рослин — нових сортів; селекції мікроорганізмів — нових штамів (від нім. stamm — стовбур). Усі породи, сорти й штами мають важливу особливість — збереження усіх цінних ознак майже без змін з покоління в покоління.

Основою будь-якого селекційного процесу є методичний штучний добір, який передбачає вибір для схрещувань лише особин, що наділені певними, потрібними людині властивостями й ознаками. Індивідуальний добір використовують для виведення порід свійських тварин, у яких плодючість низька (кількість потомків може бути не більше одного). Масовий добір використовують для організмів з численним потомством зазвичай для виведення сортів рослин.

Масовий відбір проходить у такий спосіб. Спочатку дослідник ставить перед собою завдання вивести, наприклад, сорт пшениці, який був би не лише високопродуктивним, а й стійким до грибкових захворювань. Для селекції вибирають вихідний матеріал. Ним можуть бути різні високопродуктивні сорти, які, однак не є стійкими до патогенних грибків. Кожний із цих сортів висаджують на окремій ділянці й заражають грибками. Зерно з поодиноких рослин, які залишились не ураженими, збирають і наступного року знову висівають. Виростають уже більш стійкі рослини, адже грибки вражають уже лише близько половини особин. Зерно, одержане від цих рослин, висівають на третій рік. Це покоління є вже доволі стійким — близько 90 % рослин є резистентним (від англ, resistance — супротив, протидія) до грибків (іл. 58.3).

Іл. 58.3. Чорна сажка на колоску пшениці

Залишається з'ясувати, який з відібраних у процесі селекції на стійкість до шкідливих грибків сортів зберіг високу продуктивність і продовжити з ним роботу з метою одержання нового сорту рослин. Очевидно, що виведення нового сорту займає не три-п'ять, а десятки років.

Інбридинг. Відомо, що всі особини, які належать до певної породи чи сорту, беруть початок від однієї чи кількох батьківських пар, а тому одразу чи згодом стають родичами того чи іншого ступеня спорідненості.

У результаті розведення сортів і порід, що відбувається статевим шляхом, це не що інше як схрещування близькоспоріднених особин — інбридинг (від англ. inbreeding: in — в, усередині, breeding — розведення) (іл. 58.4).

Іл. 58.4. Результати інбридингу в кукурудзи чітко відображаються у зменшенні її продуктивності

Унаслідок інбридингу потомство з кожним поколінням буде невблаганно вироджуватися і поступово втрачати не лише цінні для людини властивості, а й знижуватиме свою життєздатність і плодючість. Якщо інбридинг відбувається в людини, то це призводить до накопичення у нащадків аномалій розвитку, психічних та розумових розладів, спадкових хвороб. У чому причина негативних наслідків інбридингу? З'ясовано, що за близькоспоріднених схрещувань шкідливі рецесивні летальні та напівлегальні алелі, що зазвичай перебувають у стані гетерозиготи й тому не мають шкідливого впливу, переходять у гомозиготний стан, що неминуче призведе до їх прояву в фенотипі та негативних наслідків. Саме тому, щоб протидіяти інбридингу в селекції використовують ще й аутбридинг (від англ. inbreeding: out — з, breeding) — схрещування між генетично віддаленими особинами.

Гібридизація, гетерозис і поліплоїдія в селекції. Окремим випадком аутбридингу є гібридизація різних видів або віддалених форм одного виду. Це дозволяє збільшити генетичне різноманіття і запобігти вищепленню летальних генів у вигляді гомозигот.

Крім того, під час гібридизації часто виникає ефект гібридної сили, або гетерозис (від грец. гетерозис — зміна, перетворення) (ід. 58.5) — гібридне потомство виявляється набагато життєздатнішим, ніж батьківські форми — у нього буде вища продуктивність, плідність і стійкість до хвороб. Гетерозисні гібриди — це не сорти, оскільки вже потомство другого гібридного покоління виявляється значно менш життєздатними й продуктивним, ніж вихідні батьківські форми.

Чим викликаний гетерозис? Вважають, що в разі схрещування генетично віддалених форм у гетерозиготних комбінаціях пригнічується негативний ефект від напівлегальних та летальних рецесивних генів, носієм яких тією чи іншою мірою є всі організми.

У сучасній селекції ефект гетерозису широко використовують не лише для виведення високопродуктивних гібридів рослин, а й тварин. Цей спосіб схрещувань широко застосовують у птахівництві (іл. 58.6). Саме гетерозис є генетичною основою одержання птахів м'ясних порід — бройлерів (від англ. broil — смажити на вогні), а також підвищення яйценосності курей.

Одним з важливих шляхів селекції рослин є поліплоїдизація геному, тобто збільшення числа хромосомних наборів.

Великий за розміром генетичний апарат поліплоїдів формує велике ядро. Звідси — більші за розмірами клітини й розміри самої рослини, її квіток, насіння та плодів. Невипадково майже всі сучасні сорти культурних рослин є поліплоїдами (іл. 58.7).

Іл. 58.5. Гетерозисна кукурудза (в центрі) та вихідні батьківські форми

Іл. 58.6. Курча бройлера

Іл. 58.7. Культурна поліплоїдна (ліворуч) і дика диплоїдна (праворуч) форми моркви

Наприклад, тверда пшениця, з борошна якої виготовляють високоякісні макаронні вироби, має чотири набори хромосом, тоді як у м'якої пшениці, яка є значно врожайнішою, їх шість.

Поліплоїдія вигідна ще й тим, що в одному геномі можна створити кілька копій структурних генів і в такий спосіб підвищити дію генів, що визначають синтез цінних речовин: білків (у пшениці), полісахаридів (крохмалю у картоплі), олії (у соняшника).

Наслідком одомашнення і селекції тварин і рослин є створення порід тварин і сортів рослин з бажаними для людини властивостями.

Науковою основою селекції є генетика, методи якої (інбредні й аутбредні схрещування, гібридизація та штучно викликана поліплоїдія) вчені-селекціонери використовують у своїй практичній роботі.

1. Назвіть види одомашнених тварин і культурних рослин. Коли почалося їх одомашнення? 2. Що є науковою основою селекції? 3. Чому процес розведення тварин однієї породи неминуче пов’язаний з інбридингом? 4. Для чого в селекції використовують гібридизацію? 5. Що означає термін «гібридна сила»? 6. Чому більшість сучасних сортів рослин є поліплоїдами?

• Чи може селекція вирішити питання голоду в світі? Відповідь обґрунтуйте.