Paveldimo kintamumo vaidmuo rūšių ir jos formų evoliucijoje. Variacija: paveldima ir nepaveldima

Paveldimas kintamumas yra kintamumo forma, kurią sukelia genotipo pokyčiai, kurie gali būti susiję su mutaciniu ar kombinuotu kintamumu.

Mutacijų kintamumas

Genai retkarčiais keičiasi, kurie vadinami mutacijos. Šie pokyčiai yra atsitiktiniai ir atsiranda spontaniškai. Mutacijų priežastys gali būti labai įvairios. Yra keletas veiksnių, kurie padidina mutacijų tikimybę. Tai gali būti tam tikrų cheminių medžiagų, radiacijos, temperatūros ir tt poveikis. Naudojant šiuos įrankius, gali būti sukeltos mutacijos, tačiau jų atsiradimo atsitiktinumas išlieka ir neįmanoma numatyti konkrečios mutacijos atsiradimo.

Gautos mutacijos perduodamos palikuonims, ty nustato paveldimą kintamumą su vienu svarbiu įspėjimu, susijusiu su to, kur įvyko mutacija. Jei lytinėje ląstelėje įvyksta mutacija, ji gali būti perduodama palikuonims, tai yra, gali būti paveldima. Jei mutacija įvyksta somatinėje ląstelėje, tai ji perduodama tik toms ląstelėms, kurios atsiranda iš šios somatinės ląstelės. Tokios mutacijos vadinamos somatinėmis, jos nėra paveldimos.

Yra keletas pagrindinių mutacijų tipų:

1. Genų mutacijos, kurių metu pokyčiai vyksta atskirų genų, t.y. DNR molekulės dalių, lygyje. Tai gali būti nukleotidų praradimas, vienos bazės pakeitimas kita, nukleotidų pertvarkymas arba naujų pridėjimas.
2. Chromosomų mutacijos, susijusios su chromosomų struktūros pažeidimu. Jie sukelia rimtus pokyčius, kuriuos galima aptikti net mikroskopu. Tokios mutacijos apima chromosomų skyrių praradimą (delecijas), sekcijų pridėjimą, chromosomos sekcijos pasukimą 180° ir pasikartojimų atsiradimą.
3. Genominės mutacijos, kurias sukelia chromosomų skaičiaus pasikeitimas. Gali atsirasti papildomų homologinių chromosomų, chromosomų rinkinyje vietoje dviejų homologinių chromosomų yra trys – trisomija. Monosomijos atveju iš poros prarandama viena chromosoma. Esant poliploidijai, daugkartinis genomo padidėjimas. Kitas genominės mutacijos variantas yra haploidija, kai iš kiekvienos poros lieka tik viena chromosoma.

Mutacijų dažnumą, kaip jau minėta, veikia įvairūs veiksniai. Kai įvyksta daugybė genominių mutacijų, ypač didelę reikšmę turi motinos amžius.

Paveldimumas ir kintamumas. Derinio kintamumas

Šio tipo kintamumą lemia seksualinio proceso pobūdis. Dėl kombinuoto kintamumo atsiranda naujų genotipų dėl naujų genų kombinacijų. Šio tipo kintamumas pasireiškia jau lytinių ląstelių formavimosi stadijoje. Kaip jau minėta, kiekvienoje lytinėje ląstelėje (gametoje) yra tik viena homologinė chromosoma iš kiekvienos poros. Chromosomos į gametą patenka absoliučiai atsitiktinai, todėl vieno žmogaus lytinės ląstelės chromosomose esančių genų rinkiniu gali skirtis gana daug. Dar svarbesnis kombinacinio kintamumo atsiradimo etapas yra apvaisinimas, po kurio naujai atsiradusiame organizme 50% genų paveldima iš vieno iš tėvų, o 50% – iš kito.

Biologijos variacija – tai individualių skirtumų tarp tos pačios rūšies individų atsiradimas. Dėl kintamumo populiacija tampa nevienalytė, rūšiai turi daugiau galimybių prisitaikyti prie besikeičiančių aplinkos sąlygų.

Tokiame moksle kaip biologija paveldimumas ir kitimas eina kartu. Yra dviejų tipų kintamumas:

• Nepaveldimas (modifikacija, fenotipinis).
• Paveldimas (mutacinis, genotipinis).

Nepaveldimas kintamumas

Modifikacijos kintamumas biologijoje – tai vieno gyvo organizmo (fenotipo) gebėjimas prisitaikyti prie savo genotipo aplinkos veiksnių. Dėl šios savybės individai prisitaiko prie klimato pokyčių ir kitų egzistavimo sąlygų. yra prisitaikymo procesų, vykstančių bet kuriame organizme, pagrindas. Taigi, veislinių gyvūnų, gerėjant sulaikymo sąlygoms, didėja produktyvumas: primilžis, kiaušinių gamyba ir pan. O į kalnuotus regionus atvežti gyvūnai užauga per mažo dydžio ir su gerai išvystytu pavilniu. Aplinkos veiksnių pokyčiai ir sukelia kintamumą. Šio proceso pavyzdžių nesunkiai galima rasti ir kasdienybėje: žmogaus oda, veikiama ultravioletinių spindulių, tamsėja, dėl fizinio krūvio vystosi raumenys, pavėsyje ir šviesoje augantys augalai turi skirtingą lapų formą, kiškiai keičia kailį. spalva žiemą ir vasarą.

Nepaveldimas kintamumas pasižymi šiomis savybėmis:

• grupinis pokyčių pobūdis;
• nepaveldėti palikuonių;
• genotipo bruožo pasikeitimas;
• pokyčio laipsnio santykis su išorinio veiksnio poveikio intensyvumu.

paveldimas kintamumas

Biologijoje paveldimas arba genotipinis kintamumas yra procesas, kurio metu keičiasi organizmo genomas. Jos dėka individas įgauna bruožų, kurie anksčiau buvo neįprasti jos rūšiai. Pasak Darvino, genotipinė variacija yra pagrindinis evoliucijos variklis. Yra šie paveldimo kintamumo tipai:

• mutacinis;
• kombinacinis.

Atsiranda keičiantis genais lytinio dauginimosi metu. Tuo pačiu metu tėvų bruožai įvairiais būdais derinami per kelias kartas, didinant populiacijos organizmų įvairovę. Kombinacinis kintamumas paklūsta Mendelio paveldėjimo taisyklėms.

Tokio kintamumo pavyzdys yra inbredingas ir autbridingas (glaudžiai susijęs ir nesusijęs kryžminimas). Kai individualaus gamintojo bruožus norima fiksuoti gyvulių veislėje, tada naudojamas inbridingas. Taigi palikuonys tampa vienodesni ir sustiprina linijos įkūrėjo savybes. Dėl giminystės atsiranda recesyviniai genai ir gali išsivystyti linijos degeneracija. Siekiant padidinti palikuonių gyvybingumą, naudojamas outbreedingas – nesusijęs kryžminimas. Kartu didėja palikuonių heterozigotiškumas ir populiacijos įvairovė, todėl didėja individų atsparumas neigiamam aplinkos veiksnių poveikiui.

Savo ruožtu mutacijos skirstomos į:

• genominis;
• chromosomų;
• genetinis;
• citoplazminis.

Lytines ląsteles veikiantys pokyčiai yra paveldimi. Mutacijos gali būti perduodamos palikuonims, jei individas dauginasi vegetatyviniu būdu (augalai, grybai). Mutacijos gali būti naudingos, neutralios arba žalingos.

Genominės mutacijos

Biologijos kitimas dėl genominių mutacijų gali būti dviejų tipų:

• Poliploidija – mutacija dažnai aptinkama augaluose. Tai sukelia daugkartinis bendro chromosomų skaičiaus padidėjimas branduolyje, jis susidaro pažeidžiant jų nukrypimą nuo ląstelės polių dalijimosi metu. Poliploidiniai hibridai plačiai naudojami žemės ūkyje – augalininkystėje yra daugiau nei 500 poliploidų (svogūnų, grikių, cukrinių runkelių, ridikėlių, mėtų, vynuogių ir kt.).
• Aneuploidija yra chromosomų skaičiaus padidėjimas arba sumažėjimas atskirose porose. Šio tipo mutacijai būdingas mažas individo gyvybingumas. Plačiai paplitusi žmonių mutacija – viena iš 21 poros – sukelia Dauno sindromą.

Chromosomų mutacijos

Biologijos kintamumas išryškėja, kai keičiasi pačių chromosomų struktūra: prarandama galinė dalis, kartojasi genų rinkinys, sukasi vienas fragmentas, perkeliamas chromosomos segmentas į kitą vietą ar į kitą chromosomą. Tokios mutacijos dažnai atsiranda veikiant radiacijai ir cheminei aplinkos taršai.

Genų mutacijos

Didelė dalis šių mutacijų išoriškai neatsiranda, nes tai yra recesyvinis požymis. Genų mutacijas sukelia nukleotidų – atskirų genų – sekos pasikeitimas ir dėl to atsiranda naujų savybių turinčių baltymų molekulių.

Žmogaus genų mutacijos sukelia kai kurių paveldimų ligų – pjautuvinės anemijos, hemofilija – pasireiškimą.

Citoplazminės mutacijos

Citoplazminės mutacijos yra susijusios su ląstelių citoplazmos, kurioje yra DNR molekulių, struktūrų pokyčiai. Tai mitochondrijos ir plastidai. Tokios mutacijos perduodamos per motinos liniją, nes zigota gauna visą citoplazmą iš motinos kiaušinėlio. Citoplazminės mutacijos, sukėlusios biologijos kintamumą, pavyzdys yra augalų plunksningumas, kurį sukelia chloroplastų pokyčiai.

Visos mutacijos turi šias savybes:

• Jie atsiranda staiga.
• Perduotas paveldėjimo būdu.
• Jie neturi jokios krypties. Mutacijos gali būti paveiktos ir nereikšmingoje srityje, ir gyvybiškai svarbiam požymiui.
• Atsiranda asmenims, tai yra, individualiems.
• Jų pasireiškimo metu mutacijos gali būti recesyvinės arba dominuojančios.
• Ta pati mutacija gali pasikartoti.

Kiekvieną mutaciją sukelia specifinės priežastys. Daugeliu atvejų jo negalima tiksliai nustatyti. Eksperimentinėmis sąlygomis, norint gauti mutacijas, naudojamas nukreiptas išorinės aplinkos veiksnys – spinduliuotė ir panašiai.

Idėja, kad gyvoms būtybėms būdingas paveldimumas ir kintamumas, susiformavo senovėje. Pastebėta, kad organizmų dauginimosi metu iš kartos į kartą perduodamas tam tikrai rūšiai būdingų požymių ir savybių kompleksas (paveldimumo pasireiškimas). Tačiau lygiai taip pat akivaizdu, kad tarp tos pačios rūšies individų yra tam tikrų skirtumų (kintamumo pasireiškimas).

Žinios apie šių savybių buvimą buvo panaudotos kuriant naujas kultūrinių augalų veisles ir naminių gyvūnų veisles. Nuo neatmenamų laikų žemės ūkyje buvo naudojama hibridizacija, tai yra kažkuo besiskiriančių organizmų kryžminimas. Tačiau iki XIX amžiaus pabaigos. toks darbas buvo atliktas bandymų ir klaidų būdu, nes tokių organizmų savybių pasireiškimo mechanizmai nebuvo žinomi, o šiuo atžvilgiu egzistuojančios hipotezės buvo grynai spėlionės.

1866 metais buvo paskelbtas čekų tyrinėtojo Gregoro Mendelio darbas „Augalų hibridų eksperimentai“. Jame buvo aprašyti bruožų paveldėjimo dėsniai kelių rūšių augalų kartose, kuriuos G. Mendelis nustatė kaip daugybės ir kruopščiai atliktų eksperimentų rezultatą. Tačiau jo tyrinėjimai nepatraukė amžininkų dėmesio, kurie neįvertino idėjų naujumo ir gilumo, pranokusio bendrą to meto biologijos mokslų lygį. Tik 1900 m., trims tyrinėtojams (G. de Vries'ui Olandijoje, K. Korrensui Vokietijoje ir E. Cermakui Austrijoje) naujai ir savarankiškai atradus G. Mendelio dėsnius, buvo sukurtas naujas biologijos mokslas – genetika, tiria paveldimumo ir kintamumo modelius. Gregoras Mendelis pagrįstai laikomas šio jauno, bet labai sparčiai besivystančio mokslo įkūrėju.

Pagrindinės šiuolaikinės genetikos sampratos.

paveldimumas vadinama organizmų savybe kartų eilėje kartoti savybių rinkinį (išorinės struktūros ypatumus, fiziologiją, cheminę sudėtį, medžiagų apykaitos pobūdį, individualų vystymąsi ir kt.).

Kintamumas- reiškinys, priešingas paveldimumui. Jį sudaro tam tikros rūšies individų bruožų derinių pasikeitimas arba visiškai naujų bruožų atsiradimas.

Paveldimumo dėka užtikrinamas rūšių išsaugojimas ilgą laiką (iki šimtų milijonų metų). Tačiau aplinkos sąlygos laikui bėgant keičiasi (kartais reikšmingai), ir tokiais atvejais kintamumas, dėl kurio atsiranda individų įvairovė rūšies viduje, užtikrina jos išlikimą. Kai kurie individai yra labiau prisitaikę prie naujų sąlygų, tai leidžia jiems išgyventi. Be to, kintamumas leidžia rūšims išplėsti savo buveinės ribas, plėtoti naujas teritorijas.

Šių dviejų savybių derinys yra glaudžiai susijęs su evoliucijos procesu. Nauji organizmų bruožai atsiranda dėl kintamumo, o paveldimumo dėka jie išsaugomi vėlesnėse kartose. Daugelio naujų bruožų susikaupimas lemia kitų rūšių atsiradimą

Kintamumo rūšys

Atskirkite paveldimą ir nepaveldimą kintamumą.

Paveldimas (genotipinis) kintamumas susijęs su pačios genetinės medžiagos pasikeitimu. Nepaveldimas (fenotipinis, modifikacinis) kintamumas – tai organizmų gebėjimas keisti savo fenotipą veikiant įvairiems veiksniams. Modifikacijos kintamumą sukelia organizmo išorinės aplinkos arba jo vidinės aplinkos pokyčiai.

reakcijos greitis

Tai yra savybės fenotipinio kintamumo, atsirandančio veikiant aplinkos veiksniams, ribos. Reakcijos greitį lemia organizmo genai, todėl to paties požymio reakcijos greitis skirtingiems individams yra skirtingas. Įvairių ženklų reakcijos greičio diapazonas taip pat skiriasi. Tie organizmai, kurių reakcijos greitis šiam požymiui yra platesnis, tam tikromis aplinkos sąlygomis turi didesnes prisitaikymo galimybes, t. naudinga. Tačiau fenotipiniai pokyčiai kartais praranda adaptacinį pobūdį. Jei fenotipinis kintamumas kliniškai panašus į paveldimą ligą, tai tokie pokyčiai vadinami fenokopija.

Derinio kintamumas

Susijęs su nauju nepakitusių tėvų genų deriniu palikuonių genotipuose. Kombinacinio kintamumo veiksniai.

1. Nepriklausoma ir atsitiktinė homologinių chromosomų segregacija I mejozės anafazėje.

2. Perėjimas.

3. Atsitiktinis lytinių ląstelių derinys apvaisinimo metu.

4. Atsitiktinė tėvų organizmų atranka.

Mutacijos

Tai reti, atsitiktiniai, nuolatiniai genotipo pokyčiai, paveikiantys visą genomą, ištisas chromosomas, chromosomų dalis ar atskirus genus. Jie atsiranda veikiant fizinės, cheminės ar biologinės kilmės mutageniniams veiksniams.

Mutacijos yra:

1) spontaniškas ir sukeltas;

2) žalingas, naudingas ir neutralus;

3) somatinė ir generatyvinė;

4) genų, chromosomų ir genominių.

Spontaniškos mutacijos yra mutacijos, atsiradusios netyčia, veikiant nežinomam mutagenui.

Sukeltos mutacijos – tai mutacijos, kurias dirbtinai sukelia žinomas mutagenas.

Chromosomų mutacijos – tai chromosomų struktūros pokyčiai ląstelių dalijimosi metu. Yra šie chromosomų mutacijų tipai.

1. Duplikacija – chromosomos dalies padvigubėjimas dėl nevienodo perėjimo.

2. Delecija – chromosomos segmento praradimas.

3. Inversija – chromosomos segmento pasukimas 180°.

4. Translokacija – chromosomos dalies perkėlimas į kitą chromosomą.

Genominės mutacijos yra chromosomų skaičiaus pokyčiai. Genominių mutacijų tipai.

1. Poliploidija – kariotipo haploidinių chromosomų rinkinių skaičiaus pokytis. Pagal kariotipą supraskite konkrečiai rūšiai būdingų chromosomų skaičių, formą ir skaičių. Išskiriama nulisomija (dviejų homologinių chromosomų nebuvimas), monosomija (vienos iš homologinių chromosomų nebuvimas) ir polisomija (dviejų ar daugiau papildomų chromosomų buvimas).

2. Heteroploidija – atskirų chromosomų skaičiaus pokytis kariotipe.

Genų mutacijos yra dažniausios.

Genų mutacijų priežastys:

1) nukleotidų iškritimas;

2) papildomo nukleotido įterpimas (ši ir ankstesnės priežastys lemia skaitymo rėmo poslinkį);

3) vieno nukleotido pakeitimas kitu.

Dauginimosi procese vyksta paveldimų savybių perdavimas kelioms individų kartoms. Su lytine - per lytines ląsteles, su nelytinėmis paveldimomis savybėmis perduodama somatinėmis ląstelėmis.

Paveldimumo vienetai (jo materialūs nešėjai) yra genai. Funkciniu požiūriu tam tikras genas yra atsakingas už tam tikros savybės vystymąsi. Tai neprieštarauja apibrėžimui, kurį pateikėme aukščiau. Cheminiu požiūriu genas yra DNR molekulės dalis. Jame yra genetinė informacija apie sintezuojamo baltymo struktūrą (t.y. aminorūgščių seką baltymo molekulėje). Visų organizme esančių genų visuma nulemia jame susintetintų specifinių baltymų visumą, kas galiausiai lemia specifinių savybių formavimąsi.

Prokariotinėje ląstelėje genai yra vienos DNR molekulės dalis, o eukariotų ląstelėje jie yra DNR molekulėse, uždarytose chromosomose. Tuo pačiu metu homologinių chromosomų poroje tuose pačiuose regionuose yra genų, atsakingų už kurio nors požymio (pavyzdžiui, žiedo spalvos, sėklos formos, žmogaus akių spalvos) išsivystymą. Jie vadinami aleliniais genais. Viena alelinių genų pora gali apimti arba tuos pačius (atsižvelgiant į nukleotidų sudėtį ir jų nustatytą požymį), arba skirtingus genus.

„Ženklo“ sąvoka siejama su kokia nors individualia organizmo savybe (morfologine, fiziologine, biochemine), pagal kurią galime jį atskirti nuo kito organizmo. Pavyzdžiui: mėlynos arba rudos akys, spalvotos arba nespalvotos gėlės, aukštas arba žemas, I (0) arba II (A) kraujo grupė ir kt.

Visų organizmo genų visuma vadinama genotipu, o visų požymių visuma – fenotipu.

Fenotipas formuojasi genotipo pagrindu tam tikromis aplinkos sąlygomis vykstant individualiam organizmų vystymuisi.

Darvino evoliucijos teorijoje būtina evoliucijos sąlyga yra paveldimas kintamumas, o evoliucijos varomosios jėgos yra kova už būvį ir natūrali atranka. Kurdamas evoliucijos teoriją Ch.Darwinas ne kartą remiasi veisimo praktikos rezultatais. Jis parodė, kad veislių ir veislių įvairovė yra pagrįsta kintamumu. Kintamumas – tai palikuonių ir protėvių skirtumų atsiradimo procesas, lemiantis individų įvairovę veislės ar veislės viduje. Darvinas mano, kad kintamumo priežastys yra aplinkos veiksnių (tiesioginių ir netiesioginių) poveikis organizmams, taip pat pačių organizmų prigimtis (nes kiekvienas iš jų konkrečiai reaguoja į išorinės aplinkos poveikį). Kintamumas yra pagrindas formuotis naujiems organizmų struktūros ir funkcijų požymiams, o paveldimumas šiuos požymius sustiprina Darvinas, analizuodamas kintamumo formas, išskyrė tris iš jų: apibrėžtąją, neapibrėžtąją ir koreliacinę.

Tam tikras, arba grupinis, kintamumas – tai kintamumas, atsirandantis veikiant tam tikram aplinkos veiksniui, kuris vienodai veikia visus veislės ar veislės individus ir keičiasi tam tikra kryptimi. Tokio kintamumo pavyzdžiai yra gyvūnų kūno masės padidėjimas, gerai maitinantis, plaukų augimo linijos pasikeitimas klimato įtakoje ir kt. Tam tikras kintamumas yra didžiulis, apima visą kartą ir kiekvienam individui pasireiškia panašiai. Ji nėra paveldima, tai yra, modifikuotos grupės palikuonims, esant kitoms sąlygoms, tėvų įgyti bruožai nepaveldimi.

Neapibrėžtas, arba individualus, kintamumas pasireiškia konkrečiai kiekviename individe, t.y. unikalus, individualus savo prigimtimi. Tai siejama su tos pačios veislės ar veislės individų skirtumais panašiomis sąlygomis. Ši kintamumo forma yra neapibrėžta, ty požymis tomis pačiomis sąlygomis gali keistis įvairiomis kryptimis. Pavyzdžiui, vienoje augalų atmainoje egzemplioriai atsiranda su skirtingomis gėlių spalvomis, skirtingu žiedlapių spalvos intensyvumu ir pan. Šio reiškinio priežastis Darvinas nežinojo. Neribotas kintamumas yra paveldimas, tai yra, jis stabiliai perduodamas palikuonims. Tai yra jo svarba evoliucijai.

Esant koreliaciniam arba koreliaciniam kintamumui, kurio nors vieno organo pokytis sukelia pokyčius kituose organuose. Pavyzdžiui, šunų, kurių kailis yra prastai išvystytas, dantys dažniausiai būna neišsivystę, balandžių su plunksnuotomis kojomis tarp pirštų raišteliai, balandžiai su ilgu snapu dažniausiai turi ilgas kojas, baltos katės mėlynomis akimis dažniausiai yra kurčios ir tt Iš koreliacinio kintamumo veiksnių. Darvinas daro svarbią išvadą: žmogus, pasirinkęs bet kurią struktūros ypatybę, beveik „tikriausiai netyčia pakeis kitas kūno dalis, remdamasis paslaptingais koreliacijos dėsniais“.

Nustatęs kintamumo formas, Darvinas padarė išvadą, kad evoliucijos procesui svarbūs tik paveldimi pokyčiai, nes tik jie gali kauptis iš kartos į kartą. Anot Darvino, pagrindiniai kultūros formų evoliucijos veiksniai yra paveldimas kintamumas ir žmogaus atranka (Darvinas tokią atranką pavadino dirbtine). Kintamumas yra būtina dirbtinės atrankos sąlyga, tačiau tai nenulemia naujų veislių ir veislių formavimosi.

Natūralios atrankos formos

Atranka nenutrūkstamai vyksta per begalę iš eilės einančių kartų ir išsaugo daugiausia tos formos, kurios labiau tinka tam tikroms sąlygoms. Natūrali atranka ir kai kurių rūšies individų eliminacija yra neatsiejamai susiję ir yra būtina rūšių evoliucijos gamtoje sąlyga.

Natūralios atrankos veikimo schema rūšių sistemoje pagal Darviną yra tokia:

1) Kintamumas būdingas bet kuriai gyvūnų ir augalų grupei, o organizmai vienas nuo kito skiriasi daugeliu atžvilgių;

2) Kiekvienos rūšies organizmų, gimusių pasaulyje, skaičius viršija tų, kurie gali rasti maisto ir išgyventi. Tačiau kadangi natūraliomis sąlygomis kiekvienos rūšies gausa yra pastovi, reikėtų manyti, kad dauguma palikuonių žūva. Jei visi kokios nors rūšies palikuonys išgyventų ir padaugėtų, jie labai greitai išstumtų visas kitas rūšis pasaulyje;

3) Kadangi gimsta daugiau individų, nei gali išgyventi, vyksta kova už būvį, konkurencija dėl maisto ir buveinių. Tai gali būti aktyvi kova dėl gyvybės ir mirties arba mažiau akivaizdi, bet ne mažiau veiksminga konkurencija, kaip, pavyzdžiui, dėl augalų sausros ar šalčio laikotarpiu;

4) Tarp daugybės gyvų būtybių pokyčių, kai kurie padeda lengviau išgyventi kovoje už būvį, o kiti lemia tai, kad jų savininkai miršta. Sąvoka „išgyventi stipriausius“ yra natūralios atrankos teorijos šerdis;

5) Išgyvenę asmenys gimdo kitą kartą, taigi „sėkmingi“ pokyčiai perduodami vėlesnėms kartoms. Dėl to kiekviena kita karta yra labiau prisitaikiusi prie aplinkos; keičiantis aplinkai, atsiranda ir tolesnių adaptacijų. Jei natūrali atranka veikia jau daug metų, tai paskutiniai palikuonys gali pasirodyti tokie nepanašūs į savo protėvius, kad būtų patartina juos išskirti kaip savarankišką rūšį.

Taip pat gali atsitikti taip, kad kai kurie tam tikros individų grupės nariai įgaus tam tikrus pokyčius ir bus vienaip prisitaikę prie aplinkos, o kiti jos nariai, turėdami skirtingą pokyčių rinkinį, bus pritaikyti kitaip; tokiu būdu iš vienos protėvių rūšies gali atsirasti dvi ar daugiau rūšių, jeigu tokios grupės yra izoliuotos.

vairavimo pasirinkimas

Natūrali atranka visada padidina vidutinį populiacijų tinkamumą. Išorinių sąlygų pokyčiai gali lemti atskirų genotipų tinkamumo pokyčius. Reaguodama į šiuos pokyčius, natūrali atranka, naudojant didžiulę genetinės įvairovės atsargą daugeliui skirtingų bruožų, lemia reikšmingus populiacijos genetinės struktūros pokyčius. Jei išorinė aplinka nuolat kinta tam tikra kryptimi, tai natūralioji atranka keičia populiacijos genetinę struktūrą taip, kad jos tinkamumas šiomis besikeičiančiomis sąlygomis išlieka maksimalus. Tokiu atveju pasikeičia atskirų alelių dažnis populiacijoje. Taip pat keičiasi ir vidutinės adaptacinių savybių reikšmės populiacijose. Daugelyje kartų galima atsekti jų laipsnišką poslinkį tam tikra kryptimi. Ši atrankos forma vadinama vairavimo atranka.

Klasikinis motyvų parinkimo pavyzdys yra beržo kandis spalvos evoliucija. Šio drugelio sparnų spalva imituoja kerpėmis apaugusių medžių žievės spalvą, ant kurios jis praleidžia dienos šviesą. Akivaizdu, kad tokia apsauginė spalva susiformavo per daugelį ankstesnės evoliucijos kartų. Tačiau Anglijoje prasidėjus pramonės revoliucijai, šis prietaisas pradėjo prarasti savo svarbą. Dėl atmosferos taršos masiškai miršta kerpės ir patamsėjo medžių kamienai. Šviesūs drugeliai tamsiame fone tapo lengvai matomi paukščiams. Nuo XIX amžiaus vidurio beržinių kandžių populiacijose pradėjo atsirasti mutantinių tamsių (melanistinių) drugelių formų. Jų dažnis sparčiai didėjo. Iki XIX amžiaus pabaigos kai kurios miesto kandžių populiacijos buvo beveik visiškai sudarytos iš tamsių formų, o kaimo populiacijose vis dar vyravo šviesios formos. Šis reiškinys buvo vadinamas pramoniniu melanizmu. Mokslininkai nustatė, kad užterštose vietose paukščiai dažniau lesa šviesias formas, o švariose – tamsias. 1950-aisiais įvedus atmosferos taršos apribojimus, natūrali atranka vėl pakeitė kryptį, o tamsiųjų formų dažnis miestų populiacijose pradėjo mažėti. Šiandien jie beveik tokie pat reti, kaip ir prieš pramonės revoliuciją.

Vairavimo atranka suderina populiacijų genetinę sudėtį su išorinės aplinkos pokyčiais, kad vidutinis populiacijų tinkamumas būtų maksimalus. Trinidado saloje gupijos gyvena skirtinguose vandens telkiniuose. Daugelis tų, kurie gyvena upių žemupiuose ir tvenkiniuose, žūva plėšriųjų žuvų dantyse. Aukštupyje gupijų gyvenimas daug ramesnis – plėšrūnų mažai. Šie aplinkos sąlygų skirtumai lėmė tai, kad „viršūnės“ ir „žolės“ gupijos evoliucionavo skirtingomis kryptimis. „Žolinės“, kurioms nuolat gresia išnykimas, pradeda veistis ankstesniame amžiuje ir išaugina daug labai mažų mailiaus. Kiekvieno iš jų tikimybė išgyventi yra labai maža, tačiau jų yra daug ir kai kurios turi laiko padauginti. „Arkliukai“ brendimą pasiekia vėliau, jų vaisingumas mažesnis, bet palikuonys didesni. Kai tyrėjai perkėlė „žolės“ gupijas į negyvenamus rezervuarus upių aukštupyje, jie pastebėjo laipsnišką žuvų vystymosi tipo pasikeitimą. Praėjus 11 metų po persikėlimo, jie tapo daug didesni, vėliau pradėjo veisti ir susilaukė mažiau, bet didesnių palikuonių.

Alelių dažnių populiacijoje kitimo greitis ir vidutinės požymių reikšmės selekcijos metu priklauso ne tik nuo atrankos intensyvumo, bet ir nuo atrenkamų požymių genetinės struktūros. Atranka nuo recesyvinių mutacijų yra daug mažiau efektyvi nei prieš dominuojančias. Heterozigotoje recesyvinis alelis neatsiranda fenotipe ir todėl išvengia atrankos. Naudojant Hardy-Weinberg lygtį, galima įvertinti recesyvinio alelio dažnio kitimo greitį populiacijoje, priklausomai nuo atrankos intensyvumo ir pradinio dažnio santykio. Kuo mažesnis alelio dažnis, tuo lėčiau vyksta jo pašalinimas. Norint sumažinti recesyvinio letalumo dažnį nuo 0,1 iki 0,05, reikia tik 10 kartų; 100 kartų – sumažinti nuo 0,01 iki 0,005 ir 1000 kartų – nuo ​​0,001 iki 0,0005.

Natūralios atrankos varomoji forma vaidina lemiamą vaidmenį gyviems organizmams prisitaikant prie išorinių sąlygų, kurios laikui bėgant kinta. Taip pat užtikrinamas platus gyvybės pasiskirstymas, jos skverbimasis į visas įmanomas ekologines nišas. Tačiau klaidinga manyti, kad esant stabilioms egzistavimo sąlygoms natūrali atranka nutrūksta. Tokiomis sąlygomis ji ir toliau veikia stabilizuojančios atrankos forma.

Stabilizuojantis pasirinkimas

Stabilizuojanti atranka išsaugo populiacijos būklę, kuri užtikrina maksimalų jos tinkamumą pastoviomis egzistavimo sąlygomis. Kiekvienoje kartoje individai, nukrypstantys nuo vidutinės optimalios vertės pagal prisitaikymo savybes, pašalinami.

Aprašyta daug stabilizuojančios atrankos gamtoje veikimo pavyzdžių. Pavyzdžiui, iš pirmo žvilgsnio atrodo, kad didžiausią vaisingumą turintys asmenys turėtų įnešti didžiausią indėlį į kitos kartos genofondą. Tačiau natūralių paukščių ir žinduolių populiacijų stebėjimai rodo, kad taip nėra. Kuo daugiau lizde jauniklių ar jauniklių, tuo sunkiau juos išmaitinti, tuo kiekvienas mažesnis ir silpnesnis. Dėl to labiausiai prisitaikę asmenys, kurių vaisingumas yra vidutinis.

Atranka vidurkių naudai buvo nustatyta įvairiems požymiams. Žinduolių labai mažo ir labai didelio gimimo svorio naujagimiai dažniau miršta gimdami arba pirmosiomis gyvenimo savaitėmis nei vidutinio svorio naujagimiai. Apskaičiavus po audros žuvusių paukščių sparnų dydį, paaiškėjo, kad dauguma jų turėjo per mažus arba per didelius sparnus. Ir šiuo atveju vidutiniai asmenys pasirodė labiausiai prisitaikę.

Dėl ko nuolat atsiranda prastai pritaikytų formų pastoviomis egzistavimo sąlygomis? Kodėl natūrali atranka negali kartą ir visiems laikams išvalyti populiaciją nuo nepageidaujamų vengiančių formų? Priežastis yra ne tik ir ne tiek nuolat atsirandančiose vis naujų mutacijų. Priežastis ta, kad heterozigotiniai genotipai dažnai yra tinkamiausi. Kryžminant jie nuolat dalijasi ir jų palikuonims atsiranda homozigotinių palikuonių, kurių tinkamumas yra sumažėjęs. Šis reiškinys vadinamas subalansuotu polimorfizmu.

seksualinė atranka

Daugelio rūšių patinams aptinkamos ryškios antrinės lytinės savybės, kurios iš pirmo žvilgsnio atrodo netinkamos: povo uodega, ryškios rojaus paukščių ir papūgų plunksnos, raudoni gaidžių koriai, kerinčios atogrąžų žuvų spalvos, giesmės. paukščių ir varlių ir kt. Daugelis šių savybių apsunkina jų nešiotojų gyvenimą, todėl juos lengvai mato plėšrūnai. Atrodytų, kad šie ženklai nesuteikia savo nešiotojams pranašumų kovoje už būvį, tačiau gamtoje jie yra labai paplitę. Kokį vaidmenį jų atsiradime ir plitimui suvaidino natūrali atranka?

Yra žinoma, kad organizmų išlikimas yra svarbus, bet ne vienintelis natūralios atrankos komponentas. Kitas svarbus komponentas – patrauklumas priešingos lyties atstovams. C. Darwinas šį reiškinį pavadino seksualine atranka. Šią atrankos formą jis pirmą kartą paminėjo knygoje „Rūšių kilmė“, o vėliau išsamiai išanalizavo knygoje „Žmogaus kilmė ir seksualinė atranka“. Jis manė, kad „šią atrankos formą lemia ne kova už egzistavimą organinių būtybių tarpusavio santykiuose ar su išorinėmis sąlygomis, bet tos pačios lyties individų, dažniausiai vyrų, konkurencija dėl individų turėjimo kita lytis“.

Seksualinė atranka yra natūrali atranka siekiant sėkmės reprodukcijoje. Savybės, mažinančios jų nešiotojų gyvybingumą, gali atsirasti ir plisti, jei jų teikiami pranašumai sėkmingam veisimui yra žymiai didesni nei trūkumai išlikimui. Patinas, kuris gyvena trumpai, bet mėgstamas patelių ir dėl to susilaukia daug palikuonių, turi daug aukštesnį bendrą tinkamumą nei tas, kuris gyvena ilgai, bet palieka mažai palikuonių. Daugelyje gyvūnų rūšių didžioji dauguma patinų iš viso nedalyvauja dauginimosi procese. Kiekvienoje kartoje tarp patinų kyla arši konkurencija dėl patelių. Šios varžybos gali būti tiesioginės ir pasireikšti kaip kova dėl teritorijų arba turnyrinės kovos. Jis taip pat gali pasireikšti netiesiogine forma ir būti nulemtas patelių pasirinkimo. Tais atvejais, kai moterys renkasi patinus, vyrų konkurencija rodoma demonstruojant savo puošnią išvaizdą arba sudėtingą piršlybą. Patelės renkasi tuos patinus, kurie joms labiausiai patinka. Paprastai tai yra ryškiausi patinai. Bet kodėl patelėms patinka šviesūs patinai?

Patelės tinkamumas priklauso nuo to, kaip objektyviai ji sugeba įvertinti galimą būsimo savo vaikų tėvo tinkamumą. Ji turi pasirinkti patiną, kurio sūnūs būtų labai prisitaikantys ir patrauklūs patelėms.

Buvo pasiūlytos dvi pagrindinės hipotezės apie seksualinės atrankos mechanizmus.

Pagal „patrauklių sūnų“ hipotezę moterų atrankos logika kiek kitokia. Jei ryškūs patinai dėl kokių nors priežasčių yra patrauklūs patelėms, tuomet verta rinktis šviesų tėvą būsimiems sūnums, nes jo sūnūs paveldės ryškių spalvų genus ir būsimoje kartoje bus patrauklūs patelėms. Taigi atsiranda teigiamas grįžtamasis ryšys, dėl kurio iš kartos į kartą patinų plunksnos ryškumas vis labiau didėja. Procesas tęsiasi tol, kol pasiekia gyvybingumo ribą. Įsivaizduokite situaciją, kai patelės renkasi patinus su ilgesne uodega. Ilgauodegiai patinai susilaukia daugiau palikuonių nei patinai su trumpomis ir vidutinėmis uodegomis. Iš kartos į kartą uodegos ilgis ilgėja, nes patelės renkasi ne tam tikro uodegos dydžio, o didesnio nei vidutinio dydžio patinus. Galų gale uodega pasiekia tokį ilgį, kad jos žalą patino gyvybingumui atsveria patrauklumas patelių akyse.

Aiškindami šias hipotezes bandėme suprasti paukščių patelių veikimo logiką. Gali atrodyti, kad per daug iš jų tikimės, kad tokie sudėtingi fitneso skaičiavimai jiems sunkiai prieinami. Tiesą sakant, renkantis patinus, patelės yra ne daugiau ir ne mažiau logiškos nei visose kitose elgesyse. Kai gyvūnas jaučia troškulį, jis nemąsto, kad turėtų gerti vandenį, kad atkurtų vandens ir druskos pusiausvyrą organizme – jis patenka į girdyklą, nes jaučia troškulį. Kai bitė darbininkė įgelia avilį puolančiam plėšrūnui, ji neskaičiuoja, kiek dėl šio pasiaukojimo ji padidina kumuliacinį savo seserų tinkamumą – ji vadovaujasi instinktu. Lygiai taip pat patelės, rinkdamosi ryškius patinus, vadovaujasi savo instinktais – joms patinka ryškios uodegos. Visi tie, kurie instinktyviai paskatino kitokį elgesį, visi nepaliko palikuonių. Taigi aptarėme ne patelių logiką, o kovos už būvį logiką ir natūralią atranką – aklą ir automatinį procesą, kuris, nuolat veikdamas iš kartos į kartą, suformavo visą tą nuostabią formų, spalvų ir instinktų įvairovę, kurią mes turime. stebėti laukinės gamtos pasaulyje.

Kintamumas, jo rūšys ir biologinė reikšmė

paveldimas kintamumas

Kintamumas- tai universali gyvų sistemų savybė, susijusi su fenotipo ir genotipo pokyčiais, atsirandančiais veikiant išorinei aplinkai arba dėl paveldimos medžiagos pokyčių. Atskirkite paveldimą ir nepaveldimą kintamumą.

Paveldimas kintamumas yra kombinacinis, mutacinis, neapibrėžtas.

Derinio kintamumas atsiranda dėl naujų genų kombinacijų lytinio dauginimosi, kryžminimo ir kitų procesų, lydimų genų rekombinacijų, rezultatas. Dėl kombinuoto kintamumo atsiranda organizmai, kurie skiriasi nuo savo tėvų genotipais ir fenotipais. Kombinacinis kintamumas sukuria naujas genų kombinacijas ir užtikrina tiek organizmų įvairovę, tiek kiekvieno iš jų unikalų genetinį individualumą.

Mutacijų kintamumas susiję su nukleotidų sekos pokyčiais DNR molekulėse, didelių pjūvių delecijomis ir intarpais DNR molekulėse, DNR molekulių (chromosomų) skaičiaus pokyčiais. Patys tokie pokyčiai vadinami mutacijomis. Mutacijos yra paveldimos.

Mutacijos yra:

. genai, sukeliantys konkretaus geno pakitimus. Genų mutacijos yra dominuojančios ir recesyvinės. Jie gali palaikyti arba, atvirkščiai, slopinti gyvybinę organizmo veiklą;

Generacinė, paveikianti lytines ląsteles ir perduodama lytinio dauginimosi metu;

Somatinės, nepažeidžiančios lytinės ląstelės. Gyvūnai nėra paveldimi;

Genominė (poliploidija ir heteroploidija), susijusi su chromosomų skaičiaus pasikeitimu ląstelių kariotipe;

Chromosominė, susijusi su chromosomų struktūros pertvarkymais, jų sekcijų padėties pasikeitimu dėl pertraukų, atskirų sekcijų praradimu ir kt. Dažniausios genų mutacijos, dėl kurių įvyksta DNR nukleotidų pasikeitimas, praradimas arba įterpimas į geną. Mutantiniai genai perduoda skirtingą informaciją į baltymų sintezės vietą, o tai savo ruožtu lemia kitų baltymų sintezę ir naujų savybių atsiradimą.Mutacijos gali atsirasti veikiant radiacijai, ultravioletiniams spinduliams, įvairiems cheminiams veiksniams. Ne visos mutacijos yra veiksmingos. Kai kurie iš jų koreguojami DNR taisymo metu. Fenotipiškai mutacijos pasireiškia, jei jos nesukėlė organizmo mirties. Dauguma genų mutacijų yra recesyvinės. Evoliuciškai svarbios yra fenotipiškai pasireiškiančios mutacijos, suteikiančios individams pranašumų kovoje už būvį, arba, atvirkščiai, sukeliančios jų mirtį spaudžiant natūraliai atrankai.

Mutacijos procesas padidina genetinę populiacijų įvairovę, kuri sukuria prielaidas evoliuciniam procesui.

Mutacijų dažnis gali būti padidintas dirbtinai, o tai panaudojama moksliniais ir praktiniais tikslais.

Nepaveldimas ar modifikacijų kintamumas

Nepaveldimas arba grupinis (tam tikras) arba modifikacijos kintamumas- tai fenotipo pokyčiai veikiant aplinkos sąlygoms. Modifikacijos kintamumas neturi įtakos individų genotipui. Ribas, kuriose fenotipas gali keistis, nustato genotipas. Šios ribos vadinamos reakcijos greičiu. Reakcijos norma nustato ribas, kurių ribose gali keistis konkretus požymis. Skirtingi ženklai turi skirtingą reakcijos greitį – platų ar siaurą.

Požymio fenotipinėms apraiškoms įtakos turi kumuliacinė genų ir aplinkos sąlygų sąveika. Požymio pasireiškimo laipsnis vadinamas ekspresyvumu. Požymio pasireiškimo dažnis (%) populiacijoje, kurioje visi jos individai turi šį geną, vadinamas penetrancija. Genai gali pasireikšti įvairiais išraiškingumo ir skvarbumo laipsniais.

Modifikacijos pakeitimai daugeliu atvejų nėra paveldimi, tačiau nebūtinai turi grupinį pobūdį ir ne visada atsiranda visuose rūšies individuose tomis pačiomis aplinkos sąlygomis. Modifikacijos užtikrina, kad asmuo prisitaikytų prie šių sąlygų.

C. Darwinas išskyrė apibrėžtąjį (arba grupinį) ir neapibrėžtą (arba individualų) kintamumą, kuris pagal šiuolaikinę klasifikaciją sutampa atitinkamai su nepaveldimu ir paveldimu kintamumu. Tačiau reikia atsiminti, kad šis skirstymas tam tikru mastu yra savavališkas, nes nepaveldimo kintamumo ribas lemia genotipas.

Kartu su paveldimumu kintamumas yra pagrindinė visų gyvų būtybių savybė, vienas iš organinio pasaulio evoliucijos veiksnių. Įvairūs kryptingo kintamumo panaudojimo būdai (skirtingi kryžminimo tipai, dirbtinės mutacijos ir kt.) yra naujų naminių gyvūnų veislių kūrimo pagrindas.