Підручник з Біології і екології. 10 клас. Шаламов - Нова програма

§ 34. Неспадкова мінливість

Неспадкова мінливість виникає в організмів унаслідок різного впливу навколишнього середовища

У природі неможливо знайти два абсолютно однакові організми. Це явище має назву мінливість. Вона проявляється в різноманітності ознак організмів одного виду й здатності набуття нових протягом індивідуального розвитку. Відмінності, що виникають між організмами, залежать від унікальної комбінації зовнішніх і внутрішніх чинників, які діють на організми. Такі чинники довкілля, як температура, режим харчування, кількість сонячного світла, можуть дуже впливати на фенотип організму. Вони визначають неспадкову, або модифікаційну мінливість. Її організми набувають протягом життя, й вона не передається нащадкам.

Рис. 34.1. Приклади неспадкової мінливості

А. Весняна (ліворуч) і літня (праворуч) форми сонцевичка змінного. У першої форми лялечки зимували за низьких температур, у другої — розвивалися без зимівлі. В Суцвіття гортензії, яка виросла на кислому фунті (ліворуч) і лужному (праворуч). Колір суцвіть визначається доступністю Алюмінію для рослини.

Так, генетично ідентичні організми, наприклад, однояйцеві близнюки, мають певні відмінності в масі, розвитку м’язів, зрості тощо. Із двох близнюків, які виконують фізичні вправи, вищим на зріст буде той, хто щодня підтягується, а не той, хто щодня піднімає штангу. Але це не означає, що нащадки останнього будуть нижчі, за нащадків брата. Забарвлення пір’я у фламінго залежить від їхнього раціону. У природі фламінго харчуються планктонними рачками, які містять червоний пігмент лютеїн, тому їхнє пір’я забарвлене в червоний або рожевий колір. У зоопарку цих птахів можуть годувати їжею без лютеїну, через що їхнє пір’я світлішає. Проте це зовсім не є хворобою. Інший незвичний приклад — метелик сонцевичок змінний (рис. 34.1, А). Залежно від температури, за якої розвивається лялечка, забарвлення крил метелика може дуже варіюватися. Ще один цікавий приклад модифікаційної мінливості — забарвлення квітів гортензії (рис. 34.1, Б). Якщо вирощувати її на кислому ґрунті, то квітки мають блакитне забарвлення, а якщо на лужному — рожеве.

Колір пелюсток визначається наявністю синього пігменту дельфінідину, для синтезування якого потрібні солі Алюмінію. У лужному ґрунті Алюміній знаходиться у зв’язаному стані, оскільки утворює нерозчинний у воді гідроксид, тому стає недоступним для рослин1.

1 Пігмент дельфінідин, як і інші пігменіи-антоціани, змінює свій колір із синього на червоний залежно від кислотності середовища: у кислому середовищі він червоний, у лужному — синій. Колір же пелюсток квіток гортензії залежить від кислотності фунту навпаки: на кислому фунті вони сині, а на лужному — рожеві. Річ у тім, що кислотність фунту не впливає на кислотність клітинних вакуолей із дельфінідином, але змінює доступність йонів Алюмінію для рослини. А від його наявності залежить біосинтез пігменту.

Кількісні ознаки варіюють у межах норми реакції навколо середнього значення

Треба зазначити, що багато кількісних ознак (тобто таких, що їх можна виміряти), як-от: зріст, розмір частин тіла чи маса — можуть варіювати. Якщо ми побудуємо графік розподілу значень ознаки в особин однієї популяції, то побачимо, що він має форму дзвона (рис. 34.2). Отриманий графік називають варіаційною кривою. Ви можете самостійно одержати подібний розподіл, вимірявши, наприклад, зріст усіх учнів одного віку в школі та побудувавши графік. Із нього зрозуміло, що в більшості особин ознака набуває значень навколо якогось середнього значення. Також очевидно, що ознаки набувають значень у межах певного інтервалу, що називають нормою реакції. Норма реакції для різних ознак має різну ширину, що зумовлено генетичними причинами. Тобто саме гени визначають максимальні й мінімальні значення кількісної ознаки — ширину норми реакції, а вже під впливом середовища ці значення проявляються чи не проявляються. Так, зріст людини не може бути меншим за певне значення з анатомічних причин: органам не вистачить місця в такому тілі. Це означає, що ці комбінації алелей будуть відсутні в популяції. А от чи матиме людина мінімальний можливий зріст залежить від генотипу й умов життя.

Модифікаційна мінливість має адаптивний, масовий і спрямований характер

Зазвичай, модифікаційна мінливість забезпечує пристосування організмів до мінливих умов довкілля. Такі неспадкові зміни називають адаптивними. Так, багато рослин одного виду за умов високогір’я нижчі, ніж рослини передгір’я. Це дає змогу першим краще протистояти нічним морозам у горах. Іще один яскравий приклад адаптивних змін — стрілиця. Ця трава росте в прибережній зоні прісних водойм. Залежно від ступеня занурення у воду рослини утворюють листки принципово різної форми: підводні, плавучі та надводні (рис. 34.3). Кожен тип листка найбільше пристосований до функціонування в тому чи тому середовищі: тонке підводне листя легко обтікається водою, еліптичне плавуче листя не тоне, а надводне — велике та за формою схоже на стрілу — ефективно фотосинтезує.

Рис. 34.2. Варіаційна крива зросту людини

Яскравим прикладом адаптивної мінливості в людини є поява засмаги для пристосування до інтенсивного опромінювання шкіри. Ще один приклад — це підвищення кількості еритроцитів у крові за умов гірської місцевості. Воно виникає для поліпшення ефективності перенесення кисню, якого в гірському повітрі міститься замало.

Модифікаційна мінливість має масовий і спрямований характер, тобто всі організми цього виду за однакових умов зазнають ідентичних модифікацій. Таким чином, у рослин стрілиці змінюватиметься форма листя під водою та над водою, а в усіх людей, які потрапили до високогірних районів, збільшуватиметься вміст еритроцитів у крові.

Масовість неспадкової мінливості зумовлена механізмом її виникнення. Під впливом середовища генетична інформація, записана в ДНК, реалізується різними способами, спричиняючи мінливість. Тобто гени ті ж, а фенотип відрізнятиметься. Наприклад, обидві світлошкірі сестри-близнючки мають гени ферментів синтезу темного пігменту шкіри — меланіну. Але якщо лише одна з них поїде на море засмагати, то тільки в неї ферменти синтезу активуються під впливом сонячного випромінювання й меланін інтенсивно вироблятиметься. У результаті, повернувшись додому, одна сестра буде засмаглою, а друга — залишиться такою ж світлошкірою, як і була. Оскільки гени ферментів синтезу меланіну є в усіх людей (окрім людей з альбінізмом), то інтенсивне засмагання діятиме на всіх світлошкірих людей так, як і на ту сестру, яка відпочивала на морі: шкіра потемнішає внаслідок активізації в ній синтезу меланіну (рис. 34.4, А).

Рис. 34.3. Стрілиця

1. Підводні листки. 2. Плавучі листки. 3. Надводні листки

Більшість модифікаційних змін є зворотними. Якщо людина повернеться з високогір’я в долину, то кількість еритроцитів у її крові знову зменшиться. Але деякі зміни, особливо набуті в ранньому віці, незворотні. Таким прикладом є викривлення хребта, набуте в шкільному віці через носіння сумки на одному плечі. Ця ознака залишається в людини назавжди (якщо не зробити складну хірургічну операцію), навіть якщо ця людина впродовж усього життя носитиме рюкзак на обох плечах.

Часто ступінь набутої зміни залежить від інтенсивності та тривалості дії чинника: що довше носити сумку й що важча вона, то більший ступінь викривлення хребта. Те саме й із засмагою: світлошкірі мешканці півдня до кінця літа засмагають сильніше, аніж світлошкірі мешканці півночі. Ті з вас, хто займається спортом, розвивають свій опорно-руховий апарат, роблячи його більш потужним. (рис. 34.4, Б). І що більші навантаження, то більша м’язова маса розвинеться. Також заняття спортом роблять серцево-судинну систему стійкішою до стресу, зменшують ризик інфаркту й атеросклерозу, тобто мають адаптивний характер.

Рис. 34.4. Прояви модифікаційної мінливості в людини

А. Засмага залежить від кількості отриманого шкірою сонячного опромінення. Б. Розвиток опорно-рухового апарату зумовлений інтенсивними фізичними навантаженнями.

Наприкінці зауважимо, що модифікаційна мінливість є неспадковою й набуті ознаки не можуть передаватися наступним поколінням. Август Вейсман, який довів це, у кількох поколіннях поспіль відрізав мишам хвости та дозволяв цим мишам схрещуватися між собою. Але всі новонароджені мишенята мали хвости, незважаючи на набуту безхвостість їхніх батьків. Таким чином, при успадкуванні модифікаційної мінливості нащадкам передається не конкретний стан ознаки (світла шкіра), а норма реакції (наскільки темною чи світлою може бути шкіра світлошкірої людини).

Життєві запитання — обійти не варто!

Елементарно про життя

• 1. Синій колір пелюсток гортензії на кислому ґрунті пояснюється

А наявністю в клітинах йонів Алюмінію, що потрібні для синтезування синього пігменту

Б відсутністю в клітинах йонів Алюмінію, що потрібні для синтезування рожевого пігменту

В наявністю в клітинах синього пігменту, що поглинається з кислого ґрунту

Г відсутністю в клітинах гідроксиду Алюмінію, що потрібен для синтезу синього пігменту

Д кислим середовищем у клітинах, що зумовлює синій колір пігменту

• 2. Чим більшій кількості особин характерний певний зріст, то ближче він до

А норми реакції зросту

Б кінця варіаційної кривої зросту

В початку варіаційної кривої зросту

Г середнього значення зросту

Д межі норми реакції зросту

• 3. Викривлення хребта в дітей — це приклад

А модифікаційної мінливості, що має адаптивний і масовий характер

Б неспадкової мінливості, що має незворотний і спрямований характер

В спадкової мінливості, що має неадаптивний і немасовий характер

Г модифікаційної мінливості, що має незворотний і неспрямований характер

Д неспадкової мінливості, що має спрямований і адаптивний характер

• 4. У родинах засмаглих світлошкірих людей, які живуть у тропічних регіонах, народжуватимуться

А світлошкірі діти

Б світлошкірі діти й діти-мулати

В діти-мулати

Г діти-мулати й темношкірі діти

Д темношкірі діти

• 5. Увідповідніть ознаку із впливом довкілля, що визначає її мінливість.

1. форма листків стрілиці

2. розвиток опорно-рухового апарату людини

3. збільшення кількості еритроцитів у крові людини

4. насиченість рожевого кольору пір’я фламінго

А рівень фізичних навантажень

Б вміст кисню в повітрі

В інтенсивність сонячного випромінювання

Г кількість пігменту в їжі

Д наявність чи відсутність води довкола

У житті все просто

• 6. Чому варіаційну криву можна побудувати лише для кількісних ознак? Який вигляд буде мати графік залежності кількості особин у популяції від групи крові за системою АБО?

• 7. Доведіть, що збільшення кількості еритроцитів у крові людини під час підйому у високогір’я є прикладом модифікаційної мінливості.

У житті все не так просто

• 8. Значна кількість видів має широку норму реакції модифікаційної мінливості. Які переваги й недоліки матимуть такі види порівняно з видами, що мають вузьку норму реакції? Чи впливатиме це на їхню еволюцію?