Классификация форм изменчивости
В генетике выделяют две принципиально разные формы изменчивости, зависящие от того, затрагивается ли ДНК организма.
- Ненаследственная (модификационная или фенотипическая). Возникает под влиянием факторов внешней среды. Она не меняет генотип и всегда строго ограничена нормой реакции.
- Наследственная (генотипическая). Всегда является следствием изменений в генетическом аппарате и передается потомству.
Генотипическую изменчивость, в свою очередь, делят на два подтипа:
- Комбинативная изменчивость (рекомбинация генов) — структура самих генов остается прежней, но возникают их новые сочетания.
- Мутационная изменчивость (мутации) — происходит стойкое изменение структуры генетического материала, что приводит к появлению новых фенотипов.
Механизмы комбинативной изменчивости
Генетическое разнообразие при половом размножении обеспечивается тремя ключевыми процессами. Все они направлены на перекомбинацию отцовских и материнских аллелей.
- Кроссинговер. Это обмен участками между гомологичными хромосомами, который происходит на стадии пахитены в профазе I мейоза. Перекрест может происходить в разных участках и затрагивать разный объем генетического материала. Выделяют одиночные и двойные обмены (последние могут вовлекать две, три или даже четыре хроматиды бивалента). Важное условие: механизм эффективен только у гетерозигот (Aa).
- Независимое расхождение хромосом. В плоскости экватора веретена деления биваленты располагаются абсолютно случайно. В анафазе I мейоза негомологичные хромосомы расходятся к полюсам, образуя уникальные сочетания в гаплоидном наборе будущих гамет.
- Оплодотворение. Случайная встреча и слияние разных типов половых клеток.
Роль мейоза и оплодотворения
Главная задача мейоза — формирование половых клеток с гаплоидным набором однонитчатых хромосом. Этот результат достигается благодаря тому, что редупликация ДНК происходит лишь один раз, а делений следует два. Относительная самостоятельность хромосом позволяет закономерно распределять информацию и эффективно рекомбинировать генетический материал.
При оплодотворении (как перекрестном, так и при самооплодотворении) сперматозоид вводит свой гаплоидный набор в яйцеклетку. Ядра сливаются, и формируется диплоидное ядро зиготы. В нем каждая группа сцепления снова представлена в двойном экземпляре — отцовской и материнской хромосомами. Таким образом, мейоз и оплодотворение гарантируют сохранение видового кариотипа в ряду поколений, а структурные изменения генома чаще всего связаны с нарушениями именно мейотических процессов.
Изменчивость и синтетическая теория эволюции (СТЭ)
Биологическая эволюция (evolutio — развертывание) — это необратимый процесс развития природы, имеющий адаптивную направленность. Его глобальный итог — возникновение новых видов и преобразование биосферы.
Современная синтетическая теория эволюции (СТЭ) объединила классический дарвинизм с данными генетики, экологии и палеонтологии. Важнейший шаг в этом направлении сделал С.С. Четвериков в 1926 году. Он доказал, что природные популяции насыщены мутантными рецессивными генами, «как губки насыщены водой». Эти мутации скрыты в гетерозиготном состоянии доминирующими аллелями.
Основные постулаты СТЭ:
- Элементарной единицей эволюции выступает популяция, а не отдельная особь.
- Элементарным эволюционным материалом является наследственная изменчивость (мутационная и комбинативная).
- Элементарное явление эволюции — это устойчивое изменение генотипического состава популяции.
- Видообразование (возникновение механизмов репродуктивной изоляции) рассматривается как центральный качественный этап эволюции.
Три причины комбинативной изменчивости легко запомнить по аббревиатуре КРО: Кроссинговер (обмен участками), Расхождение (независимое распределение хромосом в мейозе) и Оплодотворение (случайная встреча гамет).
Вопросы с занятий и экзамена
Почему кроссинговер не приводит к изменчивости у гомозигот?
У гомозигот (например, AA или aa) аллели одинаковы. Обмен абсолютно идентичными участками хромосом не создает новых комбинаций генов, поэтому генетическое разнообразие не увеличивается.
В чем главное отличие мутационной изменчивости от комбинативной?
При комбинативной изменчивости структура самих генов остается неизменной, меняются лишь их сочетания. Мутационная изменчивость всегда подразумевает стойкое изменение структуры самого генетического материала.
Что является элементарным материалом для эволюции согласно СТЭ?
Элементарным эволюционным материалом служит наследственная изменчивость, которая включает в себя мутационные процессы и рекомбинацию генов внутри популяции.
Что ещё разобрать по теме
- Стадии профазы I мейоза (пахитена и формирование бивалентов)
- Типы кроссинговера: одиночные и множественные обмены
- Отличия мейоза от митоза
- Механизмы репродуктивной изоляции при видообразовании
- Полиморфизм популяций и критерии вида в рамках СТЭ
Разберите тему целиком в курсе «Биология»
Здесь — выжимка. В курсе — всё, что спрашивают на занятии и экзамене.
- Полная методичка по теме «Изменчивость в генетике» и ещё 3 793 страниц предмета
- Задания и тесты после каждой темы — как на коллоквиуме
- AI-тьютор ответит на вопрос по теме в любое время
- 129 видеоуроков по предмету
Другие темы раздела «Дополнительные темы»
Бесплатные видеоуроки: биологияКороткие уроки с конспектами — без регистрации.
Материал подготовлен преподавателями Школы Сеченова по учебной программе медицинских вузов. Носит образовательный характер.