Біологія. 9 клас. Шаламов

§ 36. Мінливість

Мінливість буває спадкова й неспадкова

У природі неможливо знайти два абсолютно однакові організми. Причиною цього є мінливість, тобто здатність організму набувати нових ознак. Мінливість — обов’язкова характеристика індивідуального розвитку організму. 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 значно мірою впливати на будову організму. Вони визначають неспадкову, або модифікаційну, мінливість. Навіть генетично ідентичні організми, наприклад однояйцеві близнюки, мають певні відмінності в масі, розвитку м’язів, зрості тощо. Із двох близнюків, що виконують фізичні вправи, вищим на зріст буде той, хто щодня підтягується, а не той, який щодня піднімає штангу. Забарвлення пір’я у фламінго залежить від їхнього раціону. У природі фламінго харчуються планктонними рачками, що 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.

Треба зазначити, що багато кількісних ознак (тобто таких, що їх можна виміряти), як-от зріст, розмір частин тіла чи маса, можуть варіюватися. Якщо ми побудуємо графік розподілу значень ознаки в особин однієї популяції, то побачимо, що такий розподіл має форму дзвона (рис. 36.1). Отриманий графік називають варіаційною кривою. Ви можете самостійно отримати подібний розподіл, вимірявши, наприклад, зріст усіх учнів одного віку в школі та побудувавши графік. При цьому ознаки набувають значень у межах деякого інтервалу, який називають нормою реакції. Норма реакції для різних ознак має різну ширину. Також ми виявимо, що в більшості особин ознака набуває значень навколо якогось середнього значення.

Рис. 36.1. Варіаційна крива зросту людини

Модифікаційна мінливість має адаптивний, масовий і спрямований характер

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. Ще 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. 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. 36.2).

Рис. 36.2. Стрілиця

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

Яскравим прикладом адаптивної мінливості в людини є поява засмаги для пристосування до інтенсивного опромінювання шкіри. Інший 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 однакових модифікацій. Таким чином, у всіх рослин стрілиці мінятиметься форма листя під водою та над водою, а в усіх людей, що 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 самі, а фенотип різнитиметься. Наприклад, обидва світлошкірі брати мають гени ферментів синтезу темного пігменту шкіри — меланіну. Але якщо лише один із них поїде на море засмагати, то тільки в нього ферменти синтезу активуються під впливом сонячного випромінювання й меланін інтенсивно вироблятиметься. У результаті, повернувшись додому, один брат буде засмаглий, а другий залишиться таким само світлошкірим, як і був. Оскільки гени ферментів синтезу меланіну є в усіх людей (окрім альбіносів), то інтенсивне засмагання діятиме на всіх світлошкірих людей так само, як і на того брата, що відпочив на морі: шкіра потемнішає внаслідок активізації в ній синтезу меланіну.

Багато 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 набута ознака залишається в людини назавжди (якщо не провести складну хірургічну операцію), навіть якщо ця людина надалі все 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.

Насамкінець зауважимо, що модифікаційна мінливість є неспадковою й набуті ознаки не можуть бути передані 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).

Рис. 36.3. Комбінативна мінливість кольору шерсті кішок

Рис. 36.4. Комбінування хромосом під час утворення гамет

В організмі з двома парами хромосом у диплоїдному наборі можливе утворення чотирьох типів гамет з різними комбінаціями хромосом.

Комбінативна мінливість зумовлена «перемішуванням» батьківських генів

Інші види мінливості визначаються генами організму та передаються нащадкам спадково. Таку мінливість називають спадковою. Є дві форми спадкової мінливості — комбінативна та мутаційна.

Комбінативна мінливість визначається формуванням нових комбінацій генів у процесі статевого розмноження. При цьому нові алелі не виникають, а в потомства формуються нові комбінації батьківських алелів. Саме з комбінативною мінливістю пов’язані розщеплення при менделівському успадкуванні, відмінності у зовнішньому вигляді сестер і братів, різноманітне забарвлення кошенят білої кішки і темного кота (рис. 36.3). Формування нових комбінацій алелів відбувається на різних етапах статевого розмноження.

  • 1. Кросинговер спричиняє перебудовування хромосом із перетасуванням алелів. У результаті на кожній хромосомі формується новий, ще не бачений у природі набір алелів генів.
  • 2. Незалежне розходження хромосом у мейозі веде до формування різних комбінацій хромосом у гаметах (рис. 36.4, 32.2). До гамети може потрапити одна хромосома з пари. Тому організм із двома хромосомами в гаплоїдному наборі може виробляти чотири типи гамет лише тому, що відбулося незалежне розходження хромосом. У людини 23 хромосоми в гаплоїдному наборі, отже, кількість можливих комбінацій становить 223 (а це 8 388 608). При цьому кожна хромосома несе свої алелі, які можуть відрізнятися від алелів гомологічної хромосоми!
  • 3. Випадкова зустріч гамет під час запліднення. Якщо кожен із батьків виробляє 223 гамет у результаті незалежного розходження хромосом, то з урахуванням випадкової зустрічі гамет виходитиме 223х223 = 246 можливих комбінацій хромосом у нащадків. А якщо враховувати кросинговер, то кількість комбінацій стає майже безмежною.

Поміркуймо

Знайдіть одну правильну відповідь

1. Листки стрілиці, що виросли під водою, змінюють свою форму, щоб

  • А їх не ламала течія
  • Б зменшити площу листка для покращення ефективності фотосинтезу
  • В не тонути
  • Г бути непомітнішими для рослиноїдних риб
  • Д займати менше місця у водоймі

2. Приклад модифікаційної мінливості — це

  • А поява блакитноокої дитини в родині, де батьки мають карі очі
  • Б однакова довжина крил у плодової мушки, коли личинки розвиваються за різних температур
  • В різний колір волосся в дітей однієї батьківської пари
  • Г зміна забарвлення хутра зайця-біляка на зиму
  • Д жовтий колір горошин у нащадків від схрещування гороху із жовтими горошинами з горохом, що має зелені горошини

3. Норма реакції на рисунку 36.1 складає

  • А від 0 до 1000 см
  • Б 140 см
  • В близько 170 см
  • Г від 140-195 см
  • Д 195 см

4. Якщо в стрілиці в кількох поколіннях поспіль зрізати надводне листя та дозволяти рослинам без нього схрещуватися між собою, то в нащадків

  • А зникне надводне листя
  • Б зникне підводне листя
  • В зникне плавуче листя
  • Г усі типи листя розвиватимуться, як розвивалися
  • Д нащадків не буде

5. У заплідненій яйцеклітині плодової мушки, яка має 8 хромосом у диплоїдному наборі, можливих комбінацій хромосом (без урахування кросинговеру)

  • А 8
  • Б 16
  • В 64
  • Г 256
  • Д 65 536

Сформулюйте відповідь кількома реченнями

6. Чи можна застосувати поняття норми реакції та середнього значення для деяких некількісних ознак, що зазнають модифікаційної мінливості: форми листя стрілиці, кольору хутра в зайця-біляка? Якої форми для таких ознак набуває варіаційна крива?

7. Чому світлошкіра людина, навіть мешкаючи на півдні весь рік, ніколи не стане настільки темною, щоб її не можна було відрізнити від темношкірої?

8. Чому комбінативна мінливість, на відміну від модифікаційної, не має масового та спрямованого характеру?

9. Яка причина відмінностей у зовнішності між рідними братом і сестрою, незважаючи на той самий генний набір у батьків?

10. Чому безхвості миші в досліді Вейсмана народжували хвостатих, а не безхвостих мишенят?

Знайди відповідь і наблизься до розуміння природи

11. Для яких ознак характерна широка норма реакції, а для яких вузька та чому?

12. Чому норма реакції завжди має межі й у жодного організму немає настільки широкої норми реакції, щоб витримати всі можливі впливи середовища?

Дізнайся самостійно та розкажи іншим

13. Деякі набуті модифікації можуть виявлятися й у кількох наступних поколіннях. При цьому спадкова інформація не змінюється. Як досягається таке «успадкування» в різних груп організмів?

14. За яких умов поширенішими будуть організми із широкою нормою реакції, а за яких — із вузькою? Чому жодна із цих груп не стала на Землі панівною?