Изменчивость

Преемственность живого на Земле и столь большое разнообразие форм на нашей планете происходит благодаря таким всеобщим свойствам живых систем, как наследственность и изменчивость.

Изменчивостью называют способность живых организмов приобретать новые признаки и свойства. Изменчивость отражает взаимосвязь организма с внешней средой.

Различают две основные формы изменчивости: фенотипическую (ненаследственную) и генотипическую (наследственную).

Фенотипическая изменчивость может быть возрастная, или онтогенетическая, проявляющаяся в изменении всего комплекса морфофизиологичесих и биохимических признаков организма на протяжении его индивидуальной жизни, и модификационная, являющаяся результатом взаимодействия среды и процессов развития. Модификационная изменчивость не относится к изменениям генотипа, и реакция на действие факторов внешней среды оказывается сходной у всех особей данного вида или популяции. Изменения признаков, вызванные действием факторов внешней среды, не наследуются и проявляются они в пределах нормы реакции Нормой реакции называют степень изменяемости признака в зависимости от условий среды.

Норма реакции определяется генотипом. Наследуется не признак, а способность формировать определённый фенотип в конкретных условиях. Например, продуктивность беспородных животных в условиях улучшенного содержания и ухода повышается (удои молока, нагул мяса), а такой признак, как жирность молока, слабо подвержен изменениям условий среды, а масть животного – ещё более устойчивый признак.

Фенотипические признаки не передаются от родителей к потомкам, наследуется лишь норма реакции, т.е. характер реагирования на изменение окружающих условий.

Генотипическая изменчивость бывает комбинативной и мутационной.

Комбинативная изменчивость связана с появлением новых соединений генов в генотипе. Возникает она в результате трёх процессов:

1) независимого расхождения хромосом в мейозе;

2) рекомбинации генов в процессе перекреста хромосом;

3) случайного соединения генов при оплодотворении.

Наследственные гены при этом не меняются, но образование их новых соединений приводит к появлению организмов с другим генотипом и фенотипом.

Мутационная изменчивость.Наследственные изменения генетического материала называют мутациями.

По характеру изменений генетического аппарата различают мутации:

1) геномные, обусловлены сменой числа полного набора хромосом;

2) хромосомные связаны с изменением структуры хромосом или их числа;

3) генные (точковые) затрагивают структуру самого гена и влекут за собой изменения свойств организма (гемофилия, дальтонизм, альбинизм и др.)

Мутации возникают как в соматических, так и в генеративных клетках. Биологическое значение их для человека неоднозначно. Соматические мутации по наследству не передаются и в процессе эволюции особого значения не имеют. Однако в индивидуальном развитии они могут воздействовать на формирование признаков. Если мутация происходит в генеративных клетках, из которых развиваются гаметы, то новые признаки появляются в ближайшем или последующем поколениях.

Мутагенные факторы.Любые мутации могут возникнуть спонтанно или быть индуцированными. Спонтанные мутации появляются под влиянием неизвестных природных факторов и приводят к ошибкам при репликации ДНК. Индуцированные мутации возникают под воздействием специальных направленных факторов, повышающих мутационный процесс. Мутагенным действием обладают факторы физической, химической и биологической природы.

Среди физических мутагенов наиболее сильное мутантное действие оказывает ионизирующая радиация – рентгеновские лучи, α-, β-, γ-лучи. Обладая большой проникающей способностью, при действии на организм они вызывают образование свободных радикалов ОН или НО₂ из воды, находящейся в тканях. Эти радикалы обладают высокой реакционной способностью. Они могут расщеплять нуклеиновые кислоты и другие органические вещества.

Облучение вызывает как генные, так и хромосомные перестройки. Ультрафиолетовое излучение характеризуется меньшей энергией, не вызывающей ионизацию тканей.

К химическим веществам, вызывающим мутации, можно отнести органические и неорганические вещества, такие, как кислоты, щелочи, перекиси, соли металлов, пестициды, и др.

Некоторые вещества способны усиливать мутационный эффект в сотни раз по сравнению со спонтанным. Их называют супермутагенами. Супермутагенной активностью обладают нитрозосоединения (иприт, диэтилнитрозамин, уретан и др.).

Некоторые химические мутагены проходят через метаболическую систему организма, превращаются в другие соединения. При этом они могут потерять свою мутагенную активность, или приобрести такие мутагенные свойства, которые отсутствовали у исходного соединения. Некоторые немутагенные химические вещества, включившись в обмен веществ, превращаются в мутагены. Например, цитостатик – циклофосфамид – не мутаген, но в организме млекопитающих превращается в высокомутагенное соединение.

Кроме мутагенов физической и химической природы, в окружающей среде имеются биологические факторы мутагенеза. Вирусы оспы, кори, ветряной оспы, эпидемического паротита, гепатита, краснухи и др. способны вызывать разрывы хромосом. Вирусы могут усиливать темпы мутации клеток хозяина. Возникновение мутаций приводит к различным патологиям. Для предотвращения негативных последствий, связанных с действием различных мутагенных факторов среды, проводят мероприятия, снижающие вероятность возникновения мутаций. С этой целью используют вещества, называемые антимутагенными. В настоящее время выделено около 200 природных и синтетических соединений, обладающих антимутагенной активностью. Это аминокислоты (гистидин, метионин и др.), витамины (токоферол, каротин, ретинол, аскорбиновая кислота и др.), ферменты (оксидаза, каталаза и др.), интерферон и др. Потребляемая пища содержит большое количество мутагенов и антимутагенов. Их соотношение зависит от способов обработки пищи, сроков ее хранения и т.д. Правильное питание – один из путей предотвращения вредного воздействия мутагенных факторов среды.