Основные формы изменчивости

Изменчивостью называют общее свойство организмов приобретать новые признаки в процессе развития.

Изменчивость организмов проявляется в разнообразии особей, которые отличаются друг от друга по признакам, свойствам и качествам.

Ученые выделяют два типа изменчивости: наследственную и ненаследственную.

К наследственной, генотипической изменчивости относят изменения признаков организма, которые определяются генотипом и сохраняются в ряду поколений. Наследственную изменчивость подразделяют на комбинативную и мутационную. Комбинативной называют изменчивость, в основе которой лежит образование комбинаций отсутствовавших у родителей генов. Это происходит при половом размножение организмов, в результате которого образуется разнообразие генотипов.

Комбинативная изменчивость происходит при содействии трех важных процессов.

Во-первых,  при независимом расхождении хромосом в ходе мейоза образуются гаметы с разными сочетаниями генов.

Во-вторых,  при оплодотворении гамет разных типов формируются разнообразные зиготы, из которых развиваются отличающиеся организмы.

И наконец, в-третьих, это процесс кроссинговера, который обеспечивает разнообразие гамет в результате перекомбинации генов в ходе мейоза.

Важно понимать, что при комбинативной изменчивости сами гены не меняются, другим становится лишь их сочетание.

При этой форме изменчивости имеющиеся признаки комбинируются по-разному, и это образует большое разнообразие организмов.

Пример комбинативной изменчивости — появление дрозофил с темным телом и длинными крыльями при скрещивании серых дрозофил с длинными крыльями с темными дрозофилами с короткими крыльями. Комбинативная изменчивость наблюдается у вирусов, бактерий и всех растительных и животных организмов.

К наследственной изменчивости относится и мутационная изменчивость, которая является результатом мутаций.

Мутациями называют внезапно возникающие стойкие изменения генотипа, которые передаются по наследству. Термин «мутация» был введен голландским биологом Гуго де Фризом в 1901 г. Процесс возникновения мутаций называют мутагенез, а организмы, у которых произошли мутации, — мутантами. Факторы среды, вызывающие появление мутаций, — мутагенами.

Мутации, которые встречаются в природе, возникают внезапно, иногда скачкообразно. Они могут быть полезными или вредными, доминантными или рецессивными.

Мутации оказываются, как правило, вредными, поскольку вносят нарушения в генетический аппарат организма. В связи с этим организмы, в которых появляются вредные доминантные мутации, часто оказываются нежизнеспособными и погибают на ранних этапах развития. В результате таких мутаций появляются и наследуются аномалии в строении тела, наследственные болезни. Но большинство мутаций рецессивные, они не проявляется у гетерозиготных организмов.

 При изменении условий внешней среды некоторые ранее вредные рецессивные мутации могут оказаться полезными. Организмы, имеющие их, получают преимущества при естественном отборе.

Ученые-генетики открыли мутации, которые приносят живому организму неожиданную пользу. Например, существует мутация, при которой у плесневых грибов повышается уровень выработки антибиотиков. Следовательно, они лучше противостоят патогенным бактериям. Известный в Швеции ярко-зеленый мутант ячменя гораздо жизнеспособнее нормальных растений.

Мутационная изменчивость имеет разные формы и причины. Хорошо изучены генные мутации, когда изменения происходят в самих генах. Такие изменения затрагивают  состав и последовательность нуклеотидов.

Встречаются и хромосомные мутации. Эти мутации проявляются, если происходят изменения на уровне хромосом.

Геномные мутации возникают в результате изменения числа хромосом у данного организма. Примером может быть полиплоидия. Полиплоидия вызывается кратным увеличением числа хромосом. Широкое распространение полиплоидии в природе наблюдается у растений. При этом увеличиваются размеры, масса, число семян и плодов у растения. Селекционеры получают полиплоидные сорта растений с очень высокой урожайностью.

Также интересны соматические мутации. Они вызываются изменением генов или хромосом в соматических клетках. Изменения возникают в той части организма, которая развивается из клеток, где произошла мутация. Соматические мутации потомству не передаются, они исчезают с гибелью организма. Пример — белая прядь волос у человека.

Еще один тип изменчивости — это модификационная, или фенотипическая изменчивость. Она является ненаследственной.

Большую роль в формировании признаков организма играет среда его  обитания. Каждый организм развивается и обитает в определенной среде, испытывает на себе действие ее факторов, которые способны изменять морфологические и физиологические свойства организмов, то есть их фенотип.

 Эти изменения индивидуальны и не наследуются, то есть не передаются особям следующих поколений. Рассмотрим проявление подобной закономерности на классическом в биологии примере. В одном из опытов корневище одуванчика разрезали вдоль и высадили половинки в разных условиях: благоприятные условия с плодородной почвой и неблагоприятные условия в горах. К концу сезона из этих проростков выросли совершенно не похожие друг на друга растения. Одуванчик, который рос в благоприятных условиях, был высоким, с большими листьями и крупным цветком. Одуванчик, который вырос в неблагоприятных  условиях, оказался низкорослым с мелкими листьями и цветком.

Генотип у этих двух растений абсолютно одинаковый, но их фенотипы существенно различались из-за разных условий произрастания. Потомки этих двух растений, выращенные в одинаковых условиях, ничем не отличались друг от друга.

Другим примером  изменчивости признаков под действием факторов внешней среды является разнолистность у стрелолиста. У стрелолиста образуются разные по форме листья, в зависимости от нахождения растения в воде, на поверхности воды и над водой.

Модификационную изменчивость можно наблюдать у сосны. Сосна — светолюбивое растение, и у дерева, которое растет в лесу, высокий ровный ствол, а крона располагается только вверху. Сосна, которая растет на открытом пространстве, меньшей высоты, но с большим количеством боковых побегов. Но форма, размеры, расположение хвоинок на побегах одинаковые.

Подобным образом проявляются признаки и у животных. В холодное время года у млекопитающих растет более густой и длинный мех, в подкожной жировой клетчатке активно накапливается жир, который обеспечивает теплоизоляцию.

При обитании в холодных заснеженных районах у зайцев-беляков весь год растет белая шубка. А там где снег редкость, заяц не белеет вовсе.

Изменения фенотипа под действием условий внешней среды могут происходить только в ограниченном диапазоне, который определяется генотипом. Диапазон, в пределах которого признак может изменяться, носит название нормы реакции.

Норма реакции бывает широкой и узкой.

Удойность и жирность молока могут изменяться, но в разных пределах. Так корова может давать от одного литра до ведра молока в день. В данном случае говорят о широкой норме реакции.

А вот жирность молока незначительно колеблется в зависимости от условий содержания. Такое колебание жирности может меняться в пределах нескольких долей процента, и этот признак называется узкой нормой реакции.

У человека тоже наблюдается модификационная изменчивость.

Действие ультрафиолетовых лучей провоцирует накопление в коже пигмента меланина. Благодаря этому у людей летом появляется загар.

Число эритроцитов человека зависит от расположения местожительства над уровнем моря. Потребность в кислороде при его низких концентрациях заставляет организм человека реагировать и вырабатывать больше  эритроцитов.

Следовательно, фенотипические изменения не наследуются. Биологическое значение модификационной изменчивости заключается в обеспечении индивидуальной приспособляемости организма к различным условиям внешней среды