Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Омский государственный аграрный университет имени П.А. Столыпина»

Агротехнологический факультет

Кафедра агрономии, селекции и семеноводства

Реферат

Изменчивость

Выполнила: студентка группы Б-21 АСГ Калимуллина Анна

Проверила: канд. с.-х. наук Кузьмина С. П.

Омск 2023

Содержание

изменчивость генетики биологический

• Введение
• 1. Классификация изменчивости
• 2. Наследственная изменчивость
• 2.1 Комбинативная изменчивость
• 2.2 Мутационная изменчивость
• 3. Модификационная изменчивость
• 3.1 Статистический анализ модификационной изменчивости
• Заключение
• Список литературы

Введение

Изменчивость - это универсальное свойство биологических систем существовать в различных структурно-функциональных состояниях. Изменчивость проявляется на всех уровнях организации жизни: молекулярно-генетическом, клеточном, организменном, популяционно-видовом и экосистемном, включая биосферу. Выявляется изменчивость при сравнении различных биосистем, а также одной биосистемы в разное время или при изменении условий её существования.

Исходной причиной всех видов изменчивости является изменчивость на молекулярно-генетическом уровне - изменчивость структуры и функций генетического материала или других макромолекул. Это приводит к изменчивости клеток и организмов, обеспечивающей изменчивость популяций и видов, которая, в свою очередь, вносит вклад в изменчивость экологических систем.

В данном реферате будет рассмотрена изменчивость генетики, ее основные формы, механизмы и последствия для живых организмов. Особое внимание будет уделено таким аспектам, как мутации, рекомбинации, миграция и адаптация видов под воздействием факторов окружающей среды и деятельности человека.

Целью реферата является изучение изменчивости и описание механизмов её действия.

1. Классификация изменчивости

В настоящее время под изменчивостью понимают свойство живых организмов приобретать в процессе индивидуального развития (онтогенеза) новые морфофункциональные признаки и особенности, отличающие организмы друг от друга (как от родительских форм, так и от других особей без учета их родства между собой). Изменчивость -- одно из важнейших свойств живого: способность приобретать отличия как от особей своего вида, так и других видов. Изменчивость является отражением взаимодействия: как наследственности, полученной от родителей, в генотипе развивающего организма, так и ее взаимодействия с условиями внешней среды, в которой она реализуется. Причиной и источником изменчивости может быть целый ряд факторов. В первую очередь, следует назвать экологические факторы места обитания организмов, к которым можно отнести «географические» (широта, высота над уровнем моря, а в водной среде глубина) и климатические и обусловленные ими физические, химические и биологические воздействия. Другой причиной возникновения нового, т. е. изменения признаков организмов, могут быть случайные биохимические изменения в самом организме, а также изменения, обусловленные сопряженностью органов, тканей и физиологических и биохимических процессов (они обусловлены эволюционно закрепленной целостностью организма любого вида). С возрастом биологических объектов, уплотнением популяции и усилением конкуренции частота возникновения новых особенностей возрастает. Более революционные изменения признаков и появление новых организмов в целом свойственно периоду воздействия экстремальных факторов (ситуаций). Резкие изменения факторов среды обитания приводят к взрыву наследственных изменений «и, соответственно, признаков. Возрастание разнообразия признаков способствует максимальному распространению живых существ и освоению ими новых экологических ниш, увеличению видового разнообразия организмов.

Изучению природы изменчивости и ее классификации посвящены работы многих известных исследователей. Ч. Дарвин различал изменчивость наследственную и ненаследственную, а по проявлению -- определенную и неопределенную. Определенная изменчивость проявляется однотипно у особей, подвергшихся какому-либо определенному, в ряде случаев более или менее легко обнаруживаемому воздействию (межвидовые, например, различия). Неопределенная изменчивость -- это различия отдельных индивидуумов в пределах каждой группы (изменчивость, обусловленная неочевидным воздействием). Неопределенная изменчивость проявляется, как отмечал Дарвин, лишь у отдельных особей и имеет разную направленность. Он считал, что эволюция связана именно с неопределенной (индивидуальной) изменчивостью, причины которой он видел в косвенном влиянии среды на органы воспроизведения. При этом отмечал существование изменчивости, обусловленной коррелятивной зависимость между органами и системами органов организмов. Дарвин также отмечал, что при гибридизации появляются новые формы, и потомство гибридов отличается более значительным разнообразием. С эволюционной точки зрения различают два вида биологической изменчивости: групповую изменчивость, под которой понимают различия между популяциями, видами и другими таксономическими группами (этносами или расами, классами и т. д.), и индивидуальную изменчивость, т. е. различия между особями одной популяции. Индивидуальная изменчивость гораздо шире и разнообразнее групповой изменчивости.

В зависимости от проявления различают фенотипическую и генотипическую изменчивость. Фенотипической изменчивостью можно назвать любые изменения, имеющие фенотипическое проявление. Генотипической изменчивостью называют изменения, возникающие в носителях наследственности, независимо от их внешнего проявления или отсутствия проявления (без применения специальных методов), например группы крови, типы ферментов по их активности в электрическом поле и т. д. В более широком понимании любая изменчивость является наследственно обусловленной. Даже изменения, возникающие под воздействием природных факторов и не затрагивающие изменения наследственности, также обусловлены наследственностью через наследственное обеспечение определенной нормы реакции на воздействие фактора.

Норма реакции -- предел толерантности организмов к воздействию фактора без изменения структуры или количества наследственного материала. Она складывается из суммарных пределов выживаемости, обеспечиваемых генами, определяющими проявление признака. Таким образом, изменчивость может быть вызвана наследственностью или условиями среды (ненаследственная изменчивость) в пределах, позволяемых наследственностью организмов. В современном представлении (в зависимости от природы и эволюционного значения) изменчивость можно разделить на две основные группы: наследственную и ненаследственную.

2. Наследственная изменчивость

Наследственная изменчивость, иногда ее называют генотипической изменчивостью, обусловлена количественными или качественными (структурными) изменениями наследственного материала, т. е. структуры ДНК или количественными изменениями отдельных хромосом или наборов хромосом. Она характеризуется следующими особенностями:

- приводит к стабильному изменению генетического материала;

- возникает спонтанно под воздействием (явным или скрытым) самых разнообразных физических, химических или биологических факторов;

- часто воспроизводится в поколениях в виде измененного фенотипа (может некоторое время не обнаружить себя, а при изменении условий среды -- проявиться);

- обеспечивает разнообразие организмов (полиморфизм) в популяции;

- является основным источником эволюции жизни.

Биологической основой наследственной изменчивости являются рекомбинации генетического материала и ее структурные или количественные изменения (мутации), приводящие к появлению новых признаков или их сочетаний, часто имеющих важное адаптивное, хозяйственное или эволюционное значение.

2.1 Комбинативная изменчивость

Возможности перекомбинации носителей наследственной информации у живых существ появились в основном с возникновением полового размножения, как наиболее прогрессивной, с точки зрения совершенствования жизни, формы воспроизведения потомства. При этом рекомбинации происходят в виде:

- независимого расхождения хромосом разных пар при образовании половых клеток в первом (редукционном) делении мейоза. При этом обеспечивается образование большого разнообразия гамет каждой особи вследствие разного сочетания (комбинаций) хромосом;

- сочетаний материнского и отцовского геномов при оплодотворении (особенно в межвидовых скрещиваниях) -- комбинации геномов;

- рекомбинация генов в пределах гомологичных хромосом при образовании половых клеток (в следствие кроссинговера) -- комбинации внутри хромосом (участков);

- сочетания генов при разных типах взаимодействия генов --комбинации генов. Источники комбинативной изменчивости действуют независимо и одновременно, обеспечивая постоянную перекомбинацию генов в популяциях в пределах вида, а иногда и между видами, что приводит к появлению организмов с самыми разнообразными генотипами и фенотипами. Однако любые комбинации генов легко распадаются и вступают в новые сочетания в следующем поколении. Таким образом, при комбинативной изменчивости не происходят ни количественные, ни качественные изменения наследственного материала (хромосом и ДНК в них), а только возникают разные комбинации между имеющимися носителями наследственности, что в конечном итоге изменяет фенотипы организмов. Биологическое значение рекомбинации генетического материала заключается в обеспечении:

- случайного сочетания разных генов родительского поколения в потомстве;

- большого разнообразия признаков и свойств, способствующего прогрессивной эволюции;

- элиминации неблагоприятных генов и сочетаний генов (летальные и полулетальные мутации) из генофонда популяции и вида.

2.2 Мутационная изменчивость

Комбинативная изменчивость является важнейшим источником наследственного разнообразия. Однако она не порождает новых стабильных изменений в генотипе, которые бы способствовали эволюции видов или возникновению новых видов. Одним из важнейших источников изменчивости признаков, поставляющих материал для эволюции и практической селекции, является мутационная изменчивость -- изменения признаков, обусловленные количественными и качественными изменениями наследственного материала (хромосом и ДНК в них). Эта форма изменчивости бесконечно разнообразна и разнонаправлена. Она может затрагивать как небольшие участки ДНК (вплоть до пары нуклеотидов) или в целом всего кариотипа любого вида организмов. Мутации могут изменить как экзоны, так и интроны генов, могут фенотипически обнаружить себя, могут долгое время передаваться из поколения в поколение, не обнаружив себя, под прикрытием доминантного (привычного для вида «дикого») состояния, а затем (при определенных условиях) проявиться. Многие из них настолько изменяют привычный ход жизненных процессов, что генотипы с такими мутациями становятся не способными обеспечить появление на свет новой формы (элиминируются). Такие наследственные изменения, вероятно, возникают значительно больше, чем те, которые проявляются и даже наследуются в поколениях (обнаруживаемые и находящиеся в подавленном состоянии).

Мутация -- это изменение генома организма (одного гена или сразу нескольких). Чаще всего под мутациями понимают изменение структуры ДНК, которое возникает из-за нарушения последовательности генов или появления новых. Мутации происходят не по какой-то одной причине. Это целый процесс, который становится возможным на клеточном уровне организма. К настоящему времени выделяют 3 основных вида мутаций:

- Генные;

- Хромосомные;

- Геномные

Ученые пришли к выводу, что большинство из мутаций вредны, и природа устроена так, что из-за естественного отбора они исчезают у людей самостоятельно. Однако выделяют и такие мутации, которые повышают жизнеспособность организма. Тем более некоторые изменения генов могут быть вредны в одних условиях окружающей среды, но при этом полезны в других.

Различают два подвида мутаций:

- Спонтанные

- Индуцированные.

Геномные мутации: -- полиплоидизация (образование организмов или клеток, геном которых представлен более чем двумя (3n, 4n, 6n и т. д.) наборами хромосом) и анеуплоидия (гетероплоидия) -- изменение числа хромосом, не кратное гаплоидному набору. В зависимости от происхождения хромосомных наборов среди полиплоидов различают аллополиплоидов, у которых имеются наборы хромосом, полученные при гибридизации от разных видов, и аутополиплоидов, у которых происходит увеличение числа наборов хромосом собственного генома, кратное n.

При хромосомных мутациях происходят крупные перестройки структуры отдельных хромосом. В этом случае наблюдаются потеря (делеция) или удвоение части (дупликация) генетического материала одной или нескольких хромосом, изменение ориентации сегментов хромосом в отдельных хромосомах (инверсия), а также перенос части генетического материала с одной хромосомы на другую (транслокация) (крайний случай -- объединение целых хромосом, так называемая робертсоновская транслокация, которая является переходным вариантом от хромосомной мутации к геномной).

На генном уровне изменения первичной структуры ДНК генов под действием мутаций менее значительны, чем при хромосомных мутациях, однако генные мутации встречаются более часто. В результате генных мутаций происходят замены, делеции и вставки одного или нескольких нуклеотидов, транслокации, дупликации и инверсии различных частей гена. В том случае, когда под действием мутации изменяется лишь один нуклеотид, говорят о точечных мутациях.

Точечная мутация, или единственная замена оснований, -- тип мутации в ДНК или РНК, для которой характерна замена одного азотистого основания другим. Термин также применяется и в отношении парных замен нуклеотидов. Термин точечная мутация включает так же инсерции и делеции одного или нескольких нуклеотидов. Выделяют несколько типов точечных мутаций.

Точечные мутации замены оснований. Поскольку в состав ДНК входят азотистые основания только двух типов -- пурины и пиримидины, все точечные мутации с заменой оснований разделяют на два класса: транзиции и трансверсии. Транзиция -- это мутация замены оснований, когда одно пуриновое основание замещается на другое пуриновое основание (аденин на гуанин или наоборот), либо пиримидиновое основание на другое пиримидиновое основание (тимин на цитозин или наоборот. Трансверсия -- это мутация замены оснований, когда одно пуриновое основание замещается на пиримидиновое основание или наоборот). Транзиции происходят чаще, чем трансверсии.

Точечные мутации сдвига рамки чтения. Они делятся на делеции и инсерции. Делеции -- это мутация сдвига рамки чтения, когда в молекуле ДНК выпадает один или несколько нуклеотидов. Инсерция -- это мутация сдвига рамки чтения, когда в молекулу ДНК встраивается один или несколько нуклеотидов.

Встречаются также сложные мутации. Это такие изменения ДНК, когда один её участок заменяется участком другой длины и другого нуклеотидного состава.

Иногда точечные мутации образуются на, так называемых, неповрежденных участках ДНК, часто в небольшой окрестности от фотодимеров. Такие мутации называются немишенными мутациями замены оснований или немишенными мутациями сдвига рамки.

Точечные мутации образуются не всегда сразу же после воздействия мутагена. Иногда они появляются после десятков циклов репликаций. Это явление носит название задерживающихся мутаций. При нестабильности генома, главной причине образования злокачественных опухолей, резко возрастает количество немишенных и задерживающихся мутаций.

Последствия мутаций для клетки и организма:

Мутации, которые ухудшают деятельность клетки в многоклеточном организме, часто приводят к уничтожению клетки (в частности, к программируемой смерти клетки, -- апоптозу). Если внутри- и внеклеточные защитные механизмы не распознали мутацию, и клетка прошла деление, то мутантный ген передастся всем потомкам клетки и, чаще всего, приводит к тому, что все эти клетки начинают функционировать иначе.

Мутация в соматической клетке сложного многоклеточного организма может привести к злокачественным или доброкачественным новообразованиям, мутация в половой клетке -- к изменению свойств всего организма-потомка.

В стабильных (неизменных или слабо изменяющихся) условиях существования большинство особей имеют близкий к оптимальному генотип, а мутации вызывают нарушение функций организма, снижают его приспособленность и могут привести к смерти особи. Однако в очень редких случаях мутация может привести к появлению у организма новых полезных признаков, и тогда последствия мутации оказываются положительными; в этом случае они являются средством адаптации организма к окружающей среде и, соответственно, называются адаптационными.

3. Модификационная изменчивость

Модификационная, или фенотипическая изменчивость -- изменение фенотипа без изменения генотипа; является ненаследственной формой изменчивости.

Виды фенотипической изменчивости:

- сезонная фенотипическая изменчивость: изменения фенотипа, связанные с сезонными явлениями в природе (изменение окраски у зайцев и белок; появление брачного оперения птиц и т.п.);

- возрастная фенотипическая изменчивость: возрастные изменения организма (поседение волос у человека, изменение формы и размера рогов у косули и т.п.);

- модификационная изменчивость -- изменение фенотипа, вызванное влиянием окружающей среды и не связанное с изменением генотипа; носит адаптивный характер.

Современное понятие «адаптивной модификации» соответствует понятию «определенной изменчивости», которое ввел в науку Чарльз Дарвин. При этом возникшее конкретное модифицированное изменение признака не наследуется, но диапазон такой изменчивости, или норма реакции, генетически определена и наследуется. Норма реакции -- диапазон возможного проявления признака у организма, определенный генотипом.

Селекционная работа, как правило, имеет своей целью изменение нормы реакции в нужном человеку направлении, например, к увеличению размеров или накоплению большего количества определенных веществ.

Модификации сохраняются лишь на протяжении жизни данного организма.

Примером модификационной изменчивости является образование разных типов листьев у водных и околоводных растений. Например, у стрелолиста под водой образуются длинные лентовидные листья. Когда растение достигает поверхности воды (в результате роста или обмеления водоёма) начинают образовываться плавающие листья, имеющие длинный черешок и расположенную на поверхности воды овальную пластинку. При дальнейшем росте или высыхании водоёма образуются воздушные листья, пластинки которых имеют форму наконечника стрелы. На этом этапе происходит цветение растения.

Модификационной изменчивости подвержены как количественные, так и качественные признаки. Возникновение модификаций связано с тем, что такие важнейшие факторы среды, как свет, тепло, влага, химический состав и структура почвы, воздух, воздействуют на активность ферментов и в известной мере изменяют ход биохимических реакций, протекающих в развивающемся организме. Этим, в частности, объясняется появление различной окраски цветков у примулы и шерсти у гималайских кроликов.

В природе это явление можно наблюдать при сезонных линьках: зимняя шерсть как правило светлее летней.

Примерами модификационной изменчивости у человека могут служить усиление пигментации кожи (загар) под влиянием ультрафиолетовых лучей, мощное развитие костно-мышечной системы в результате физических нагрузок и т. д. К модификационной изменчивости следует отнести также и явление физиологического гомеостаза -- способности организмов противостоять колеблющимся условиям среды путем приспособительного реагирования. Так, у человека при пребывании на разных высотах над уровнем моря вырабатывается неодинаковое количество эритроцитов: в крови у людей, живущих в местностях на уровне моря, их в два раза меньше, чем у людей, живущих высоко в горах. Эта реакция обратима: переезд в места, расположенные на уровне моря, приводит к снижению числа эритроцитов в крови.

Отличительные черты модификационной изменчивости:

- не наследуется;

- обратима;

- имеет приспособительный (адаптивный) характер;

- однотипные изменения всех особей данного вида на определённое изменение среды.

Все эти свойства дали основание Чарльзу Дарвину назвать этот тип изменчивости определённой изменчивостью.

3.1 Статистический анализ модификационной изменчивости

Условия среды (влажность, температура, освещенность, взаимодействие и конкуренция с другими организмами) не могут быть одинаковыми для всех особей популяции. Поэтому длина колосьев пшеницы на одном поле может колебаться от 6 до 14 см, а размеры листьев одного дерева иногда варьируют в еще более широких пределах, хотя генотип их одинаков.

Если листья или колосья расположить в порядке нарастания или убывания их длины, то получается вариационный ряд изменчивости данного признака, слагающийся из отдельных вариант, то есть числа листьев дерева или колосков в колосе пшеницы, имеющих одинаковые показатели. Как показывают подсчеты, частота встречаемости отдельных вариант в вариационном ряду неодинакова. Чаще всего встречается среднее значение признака, а к обоим концам вариационного ряда частота встречаемости закономерно снижается. Графическое выражение изменчивости признака, отражающее как размах вариаций, так и частоты встречаемости отдельных вариант, называют вариационной кривой.

Модификационная изменчивость в естественных условиях носит приспособительный характер и в этом смысле имеет важное значение в эволюции. Обусловленные нормой реакции адаптивные модификации дают возможность организму выжить и оставить потомство в изменившихся условиях среды.

Знание закономерностей модификационной изменчивости имеет также большое практическое значение, так как позволяет предвидеть и заранее планировать максимальное использование возможностей каждого сорта растений и породы животных. В частности, создание заведомо известных оптимальных условий для реализации генотипа обеспечивает их высокую продуктивность.

Заключение

изменчивость генетики биологический

Подводя итоги, можно сделать выводы, что изменчивость является одним из ключевых факторов, обеспечивающих разнообразие живых существ и их приспособленность к изменяющимся условиям среды. В данном реферате были рассмотрены основные типы изменчивости: модификационная, или ненаследственная и генотипическая, или наследственная.

Модификационная изменчивость обусловлена воздействием факторов внешней среды на организм и проявляется в виде модификации - изменения функционирования и строения организма без изменения генотипа. Важность модификационной изменчивости заключается в ее способности быстро реагировать на изменение условий среды, обеспечивая выживаемость организма.

Генотипическая изменчивость связана с изменением генетической информации и может проявляться через мутации (случайные изменения в ДНК), рекомбинации (обмен участками между хромосомами) и сегрегацию (распределение хромосом при делении клеток). Гетерозиготность и полиплоидия также являются формами генотипической изменчивости.

Список литературы

1. Генетика: учебное пособие / А. Ю. Паритов, А. А. Яхутлова, З. И. Боготова, Б. М. Суншева. -- Нальчик: КБГУ, 2023. -- 180 с. -- Текст: электронный // Лань: электронно-библиотечная система. -- URL: https://e.lanbook.com/book/378974 (дата обращения: 23.12.2023). -- Режим доступа: для авториз. пользователей.

2. Изменчивость [Электронный ресурс] URL: https://bigenc.ru/c/izmenchivost-3c337b (Дата обращения: 23.12.2023)

3. Изменчивость организмов, её типы [Электронный ресурс] URL: https://www.yaklass.ru/p/biologia/9-klass/osnovy-evoliutcionnogo-ucheniia-246743/tipy-i-prichiny-izmenchivosti-organizmov-249359/re-e15efc7c-c7f2-4b99-b140-0be31792f431#:~:text (Дата обращения: 23.12.2023)

4. Кадиев, А. К. Генетика. Наследственность и изменчивость и закономерности их реализации: учебное пособие / А. К. Кадиев. -- 2-е изд., испр. -- Санкт-Петербург: Лань, 2020. -- 332 с. -- ISBN 978-5-8114-4985-9. -- Текст: электронный // Лань: электронно-библиотечная система. -- URL: https://e.lanbook.com/book/130187 (дата обращения: 23.12.2023). -- Режим доступа: для авториз. пользователей.

5. Модификационная изменчивость [Электронный ресурс] URL: https://ru.wikipedia.org/wiki (Дата обращения: 23.12.2023)

6. Мутации [Электронный ресурс] URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/ (Дата обращения: 23.12.2023)

7. Наследственная изменчивость [Электронный ресурс] URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/ (Дата обращения: 23. 12.2023)

Размещено на Allbest.ru