Біологія. 9 клас. Остапченко

Тема 5. Закономірності успадкування ознак

§ 29. Генетика – наука про закономірності спадковості й мінливості організмів

Пригадайте, що таке хромосоми, ген, геном, каріотип. Що таке гомологічні хромосоми, алельні гени, локуси? Що таке антигени та антитіла? Які є групи крові людини? Чим вони визначаються? Яка будова плазматичної мембрани? Які функції можуть виконувати рецепторні молекули в складі клітинних мембран?

Що вивчає наука генетика? Чому діти схожі на своїх батьків? Чому різні особини одного виду більш або менш схожі між собою, а різних видів - здебільшого ні? Це відбувається тому, що всім організмам притаманна універсальна властивість - спадковість, завдяки якій забезпечується генетичний зв’язок між різними їх поколіннями.

Ви самі спостерігали, що протягом життя ваш організм, як і організми інших людей, змінюється. Те саме стосується й інших організмів (мал. 145). До того ж важко знайти дві особини одного виду та одного віку, які б точно нагадували одна одну. Це пов’язано з іншим універсальним біологічним явищем - мінливістю.

Спадковість і мінливість - протилежні властивості живих організмів. Завдяки спадковості зберігається стабільність біологічних видів. Завдяки мінливості виникають нові ознаки та їхні варіанти, отже, стає можливим утворення нових видів та історичний розвиток біосфери в цілому.

Два загальнобіологічних явища - спадковість і мінливість - є предметом досліджень науки генетики (від грец. генезис - походження). Датою її народження вважають 1900 р., коли троє вчених - голландець Г. де Фріз, німець К. Корренс та австрієць Е. Чермак - під час досліджень з гібридизації рослин незалежно один від одного перевідкрили закони спадковості, які ще 1865 р. встановив чеський дослідник Г. Мендель. Назву «генетика» новій науці запропонував 1906 р. англійський учений У. Бетсон (мал. 146).

Запам’ятаємо: спадковість - це здатність організмів передавати свої ознаки та особливості індивідуального розвитку нащадкам.

Мал. 145. Фази розвитку метелика: яйця (1) - гусінь (2) - лялечка (3) - дорослий метелик (4).

Завдання. Поясніть, як змінюється організм метелика на кожній фазі розвитку

Запам’ятаємо: мінливість - це здатність організмів набувати нових ознак у процесі індивідуального розвитку.

Мал. 146. Учені, які були біля витоків генетики: 1. Грегор Йоганн Мендель (1822-1884) - чеський священик та дослідник, установив основні закони спадковості; 2. Гуго де Фріз (1848-1935) - голландський ботанік і генетик; ввів термін «мутація»; 3. Карл Корренс (1864-1933) - німецький біолог, відомий фахівець у галузі ботаніки та мікології; 4. Еріх Чермак (1871-1962) - австрійський учений-генетик, працював у галузі схрещування культурних рослин; 5. Уільям Бетсон (1861-1926) - англійський учений, який запропонував назву «генетика»

Мал. 147. Приклади різних фенів: різні варіанти забарвлення черепашки одного з видів наземного черевоногого молюска роду Анікса

Цікаво знати

Наука фенетика досліджує появу та закономірності розподілу фенів у популяціях організмів різних видів.

Які основні терміни використовують у генетиці? Людський організм складається з мільярдів нестатевих клітин, кожна з яких має ідентичний набір генів. Кожна нестатева клітина (крім деяких, пригадайте яких) містить ядро з ідентичним набором хромосом - каріотипом. У складі кожної пари гомологічних хромосом одна успадкована від матері, друга - від батька. Кожна хромосома містить молекулу ДНК, у якій закодована інформація про будову білків і молекул РНК.

Різні алелі певного гена визначають різні варіанти певних ознак. Окремі варіанти певної ознаки називають фенами (від грец. фаіно - являю, виявляю) (мал. 147). Приклади окремих фенів: жовте чи зелене забарвлення насіння гороху посівного, блакитний чи карий колір очей людини тощо.

Унаслідок взаємодії генотипу з факторами навколишнього середовища формується фенотип, тобто сукупність усіх ознак і властивостей організму. На малюнку 148 зображено два варіанти фенотипу денного метелика рябокрилки мінливої. Якщо дорослий метелик виходить з лялечки, яка розвивалася за низьких температур (весняна форма), основне тло його крил має цегляне забарвлення (1). Якщо лялечка розвивалася за підвищеної температури (літня форма), тло крил метелика темне (2).

Як алельні гени можуть взаємодіяти між собою? У певних генів існує багато алелів: десятки й навіть сотні. У диплоїдного організму (у якого кожна хромосома має собі парну - гомологічну) може бути або два однакових алеля певного гена, або два різних. При цьому одні алелі певного гена можуть пригнічувати прояв інших. Тоді проявляється лише один варіант ознаки, а інший - наче зникає.

Явище пригнічення прояву одного алеля іншим називають домінуванням. Наприклад, у помідорів алель, який визначає червоне забарвлення плодів, домінує над алелем жовтого (мал. 149); у людини алель, який визначає карий колір очей, домінує над алелем блакитного. Домінантні алелі позначають великими літерами латинського алфавіту (А, В, С, D тощо), а відповідні їм рецесивні - малими (a, b, с, d тощо).

Які можливі варіанти поєднання алельних генів у генотипі організмів? Припустімо, що в організмів певного виду один з генів представлений лише двома алелями: домінантним (А) та рецесивним (а). У нестатевих (соматичних) клітинах диплоїдного організму одночасно можуть бути лише два алелі одного гена. Варіантів поєднання цих алелів - генотипів - може бути три: АА, Аа та аа. Як ви помітили, у першому та третьому варіантах у генотипі особин є два однакових алелі - це генотипи АА та аа. Таких особин називають гомозигот ними (або гомозиготами).

Мал. 148. Весняна (1) та літня (2) форми метелика рябокрилки мінливої

Запам’ятаємо: упродовж життя генотип особини залишається незмінним. Протягом індивідуального розвитку змінюється її фенотип.

Мал. 149. Домінантні та рецесивні варіанти ознак організмів: алель, який визначає червоне забарвлення плодів помідорів, домінує над алелем, що визначає жовте

Запам’ятаємо: гомозигота (від грец. гомос - однаковий та зиготос - сполучений разом) - це клітина чи особина з диплоїдним або поліплоїдним набором хромосом, гомологічні хромосоми якої несуть ідентичні алелі певного гена.

Особин, у генотипі яких є два різних алелі - один домінантний (А), другий - рецесивний (а), - називають гетерозиготними (або гетерозиготами).

Трапляються випадки, коли у формуванні певного варіанта ознаки беруть участь обидва алельні гени. Прикладом може слугувати успадкування груп крові у людини. Пригадайте з курсу біології 8 класу: у складі мембран еритроцитів містяться антигени - аглютиногени. Їх позначають латинськими літерами А і В. У плазмі крові є антитіла - аглютиніни, які позначають грецькими літерами α і β. Якщо зустрічаються сполуки А і α або B і β, між ними відбувається реакція, що нагадує реакцію антиген - антитіло.

Наявність сполук-антигенів того або іншого типу в мембрані еритроцитів зумовлюють алелі, які прийнято позначати IA та IB, алель i0 є неактивною формою відповідного гена. Алелі IA та IB повністю домінують над алелем i0, тому в людей з генотипом IAi0 або IBi0 проявляються тільки домінантні алелі й відповідно формуються друга (А) або третя (В) групи крові. Але алелі IA та IB не домінують одна над одною. У людини, в генотипі якої зустрічаються алелі IA та IB, формується четверта група крові (АВ), а в мембранах еритроцитів утворюються антигени обох типів (мал. 150).

Коли жоден з алелів не домінує над іншим, спостерігають проміжний характер успадкування (його ще називають «неповним домінуванням»). Наприклад, унаслідок схрещування гомозиготних рослин ротиків, одна з яких мала червоне забарвлення віночка квітки, інша - біле, гібриди першого покоління матимуть рожеві квітки (мал. 151).

Є алелі, які, проявляючись у фенотипі, призводять до загибелі організму на певній стадії його розвитку. Їх називають летальними (від лат. леталіс - смертельний). Наприклад, платинове забарвлення хутра лисиць є наслідком мутації відповідного гена. Це забарвлення визначає домінантний алель (Р). Зародки з генотипом (РР) гинуть на ранніх етапах розвитку (мал. 152). Найчастіше летальні алелі рецесивні, тому можуть проявлятися у фенотипі зазвичай лише в гомозиготному стані.

Мал. 150. Різні варіанти антигенів у мембранах еритроцитів людини

Мал. 151. Проміжний характер успадкування забарвлення віночків у ротиків: 1,2- батьківські форми; 3 - гібрид першого покоління

Запам’ятаємо: алель, що завжди проявляється в присутності іншого у вигляді варіанта ознаки, яку він визначає, називають домінантним (від лат. домінантіс - панівний), а той, який не проявляється, - рецесивним (від лат. рецесус - відступ, видалення).

Мал. 152. Успадкування платинового забарвлення хутра у лисиць

Запам’ятаємо: участь обох алельних генів у визначенні певного варіанта ознаки гетерозиготної особини називають кодомінантністю (від лат. ко - разом і домінантіс).

Запам’ятаємо: гетерозигота (від грец. гетерос - інший) - це клітина або особина з диплоїдним або поліплоїдним набором хромосом, гомологічні хромосоми якої несуть різні алелі певного гена.

Коротко про головне

Явища спадковості й мінливості вивчає наука генетика, датою народження якої вважають 1900 р.

Унаслідок взаємодії генотипу з факторами навколишнього середовища формується фенотип - сукупність усіх ознак і властивостей організму.

Алель, який завжди проявляється в присутності іншого у вигляді варіанта ознаки, що ним визначається, називають «домінантним», а той, який не проявляється, - «рецесивним». Явище пригнічення прояву одного алеля іншим називають «домінуванням». Якщо в генотипі диплоїдних особин присутні два однакових алелі, їх називають «гомозиготними» (або «гомозиготами»), якщо різні - «гетерозиготними» (або «гетерозиготами»). Якщо у формуванні певного варіанта ознаки беруть участь обидва алельні гени, таке явище називають «кодомінантністю». Летальні алелі, проявляючись у фенотипі, призводять до загибелі організму на певній стадії його розвитку.

Ключові терміни та поняття: спадковість, мінливість, алельні гени, домінантний та рецесивний варіанти ознаки, гомозигота, гетерозигота, генотип, фенотип, проміжний характер успадкування.

Перевірте здобуті знання

1. Що таке спадковість і мінливість? 2. Поясніть сутність поняття «ознака» та її варіанти. 3. Наведіть приклади кількісних та якісних ознак. 4. Які гени називають алельними? Чим вони характеризуються? 5. Як алельні гени можуть взаємодіяти між собою? 6. Які організми називають гомозиготами та гетерозиготами? 7. Що спільного та відмінного у явищах кодомінантності та проміжного характеру успадкування?

Поміркуйте

Виявлено загальнобіологічну закономірність, згідно з якою гетерозиготи більш життєздатні порівняно з гомозиготами. Поміркуйте чому.