Шпаргалка по "Экологии"

Для развития инфекционного процесса большое значение имеет генетический статус самого хозяина. Например, отдельные индивидуумы являются носителями вируса иммунодефицита, но СПИДом не болеют. У этих лиц имеется мутация в гене, кодирующем поверхностный белок, ответственный за попадание вируса внутрь лимфоидных клеток. Плотность белка на поверхности клеток снижена, вирус удерживается, но внутрь не попадает. Частота гомозигот по этой мутации среди жителей Европы составляет около 1%, они имеют выраженную устойчивость к ВИЧ-инфекциям. Более устойчивыми оказываются и гетерозиготные носители мутации, в российской популяции их частота достигает 13%.

 

Собственно  цитоплазматическая наследственность

 

Известны  случаи,  когда сама цитоплазма, а  не органеллы и частицы, определяют некоторые свойства. Однако при этом наследование признака оказывается  нестабильным и его проявление затухает в течение одного или нескольких поколений.

При онтогенетической предетерминации наследование некоторых  признаков по материнской линии  обусловлено изменениями в цитоплазме, возникающими в ней под влиянием определённых внешних факторов. Воздействие повышенной температурой на неоплодотворённые яйца самок наездника приводит к изменению окраски тела у их потомства. Когда температурному воздействию подвергаются самцы, то подобного эффекта не наблюдается.

Существует  генетическая предетерминация.

Наиболее  яркий пример – наследование направления  завитка раковины у прудовика. Есть прудовики с правозакрученной (D) и левозакрученной раковинами (d). При этом типе наследования фенотип потомков соответствует генотипу матери, а не генотипу зигот, из которых они развиваются.

Таким образом, при нехромосомном типе наследование осуществляется по материнской линии  и не может характеризоваться  такими строгими количественными закономерностями, как ядерное.

 

ИЗМЕНЧИВОСТЬ ОРГАНИЗМОВ

 

Современная классификация изменчивости:

 

Изменчивость

Ненаследственная                   Наследственная             Онтогенетическая         

(фенотипическая,                  (генотипическая):

модификационная)                 - комбинативная

                                                      - мутационная

 

Ненаследственная изменчивость

 

Первыми исследователями, обратившими внимание на модификационную изменчивость, были К. Нэгели (1865), В. Иоганнсен.

Модификации – это индивидуальные реакции организма на внешнее воздействие, не имеющие обратной связи с генотипом и не передающиеся по наследству.

Модификационная изменчивость представляет собой эволюционно закрепленные адаптивные реакции организма в ответ на изменение условий внешней среды при неизменном генотипе.

Модификационные изменения возникают под воздействием факторов окружающей среды, которые подразделяются на:

а) абиотические (свет, температура, влажность, химический состав воздуха, воды, почвы);

б) биотические (влияние со стороны других организмов);

в) антропогенные (деятельность человека: работа в «горячем» цехе сталеплавильного комбината, работа с отбойным молотом, работа сапера, работа хирурга и т.п.).

 

Характеристика модификаций:

1. Как правило, модификации предсказуемы и носят однонаправленный характер. При одинаковом воздействии на организмы с одним и тем же генотипом возникают одинаковые изменения. Эти изменения носят массовый характер.

Потомство одного поколения, выращенное в разных условиях, даёт разные фенотипические проявления. Растения, выращенные в  тени и на солнце, при высоких  и низких температурах, во влажных  или засушливых условиях.

2. Модификации зависят от силы и длительности воздействия, чем сильнее и длительнее воздействие – тем ярче изменение признака (адекватность изменений воздействиям среды).

3. Модификации,  как правило, носят обратимый характер, т.е. ослабевают или даже совсем исчезают после прекращения действия модифицирующего фактора. Большинство модификаций кратковременны.

У альпинистов, поднимающихся в  горы, число эритроцитов увеличивается  в 2 раза, при возвращении с гор  параметры крови приходят в норму.

В ряде случаев  модификации могут быть устойчивыми, сохраняясь всю жизнь. Устойчивость модификации может зависеть от стадии онтогенеза, на которую приходится воздействие (занятие волейболом, баскетболом в подростковом возрасте – усиливает рост тела).

4. Как правило, модификации носят адаптивный, приспособительный характер, позволяя организму выжить при неблагоприятных условиях (закаливания организма). Загар на солнце, густой мех в холоде, больше хлорофилла в листьях в тени…Глаз современного человека становится близким: книги, TV, компьютер.

При интенсивном  действии различных агентов наблюдаются  изменения, которые носят случайный  характер по отношению к воздействию. Такие изменения называются морфозами. Очень часто они напоминают фенотипическое проявление известных мутаций. Тогда их называют фенокопиями этих мутаций. Чаще всего морфозы выражены в виде тех или иных уродств – отклонений от стандартного фенотипа, однако возможны и фенокопии нормы у различных мутантных линий.

Например, мышьяковистая кислота  приводит к формированию зачаточных крыльев у мухи с нормальным генотипом, а повышенная температура – нормальных удлинённых крыльев у мухи с рецессивным  геном, определяющим зачаточные крылья.

Такие модификации  сохраняются в течение всей жизни особи. Необратимость подобных изменений в онтогенезе объясняется необратимостью индивидуального развития.

5. Модификационная изменчивость может быть очень существенной, но она никогда не выходит за пределы нормы реакции, контролируемой генотипом.

Как бы мы не кормили поросенка  – он до размера слона не вырастит.

Организм  наследует не признак как таковой, а способность формировать определённый фенотип в конкретных условиях среды. В формировании признаков организма, наряду с генетической информацией, полученной от родителей, большую роль играют конкретные условия внешней среды.

Границы модификационной изменчивости для  разных признаков и при разных условиях, могут быть очень различными.

Пределы модификационной изменчивости признака называют его нормой реакции.

Одни  признаки очень, сильно зависят от влияния  факторов среды, другие – в меньшей  степени, а третьи – практически  не зависят.

Признаки с широкой  нормой реакции: степень развития мышц (физические  упражнения, культуризм) и масса тела (наследственные факторы играют свою роль, но при этом огромное значение приобретают питание, физ. нагрузка, двигат. активность). В природных условиях широкая норма реакции (широкая приспособленность) может иметь важное значение для сохранения и процветания вида. Пример: крысы  приспособились и живут не только в холодильных камерах, делая гнездо в замершей туше, и в обшивке паровых котлов( 45⁰).

Признаки со средней  нормой реакции – рост человека в значительной степени определяется генотипом, но зависит и от средовых воздействий.

Признаки с узкой  нормой реакции: Rh, pH крови, группа крови, цвет глаз, волос, окраска шерсти у животных – практически полностью зависят от генотипа.

Выход за пределы нормы реакции чреват гибелью организма. Границы изменчивости признака строго видоспецифичны.

Например, оптимальная температура  тела для человеческого организма  – 36,6⁰ С, ниже 33 и выше 42⁰ наш организм не выживает, тогда как у попугая 42 ⁰С – это нормальная температура тела. Чем сильнее крайние отклонения отличаются от среднего значения – тем больше модификационный размах. 

6. Модификации подчиняются законам вариационной статистики. Для каждого вида существуют свои, пределы выносливости. Особи со средней выносливостью встречаются гораздо чаще. Но, вместе с тем есть и отдельные максимально устойчивые организмы (их называют пионерными особями), которые могут проникать в  те места, где факторы очень агрессивны.

Особи, существующие на границе переносимых видом  условий (пионерные) в ходе дальнейшего  мутационного процесса могут основать новую «климатическую расу».

 

Мнения  генетиков относительно того носят  ли модификации эволюционное значение разделились.

Русский генетик И. И, Шмальгаузен в книге  «Организм как целое в индивидуальном и историческом развитии» в 1982году писал: «Адаптивная модификация  является первой пробой реакции, при помощи которой организм как бы проверяет возможность замены среды или возможность более успешного ее использования».

 

Наследственная  изменчивость

 

Наследственная  изменчивость связана с изменением самого генетического материала. Передаётся по наследству. Различают комбинативную  и мутационную изменчивости.

 

Комбинативная изменчивость

 

Комбинативная изменчивость возникает в результате перекомбинации генов и участков хромосом. Единицы генетического материала одни и те же, остаются неизменными, но изменяется их сочетание.

Перегруппировка наследственного материала происходит в результате полового размножения  организма, на разных уровнях.

1. Популяционный.

На уровне популяции происходит случайное  свободное скрещивание – панмиксия. В результате гены комбинируются и образуется большое количество комбинаций признаков, что даёт большое разнообразие фенотипических проявлений.

2. Клеточный.

При образовании  гамет хромосомы расходятся в  дочерние клетки случайно. Только с  некоторой долей вероятности  можно предположить появление тех  или иных комбинаций при оплодотворении.

3. Молекулярный.

Перекомбинация  генов в результате кроссинговера.

 

Есть  основание полагать, что рекомбинации являются одним из основных факторов эволюции. Новые варианты проходят проверку на совместимость и жизнеспособность в пределах одного организма, а затем  на уровне появления в популяции.

Все преобразования генома приводят к изменению характера  взаимодействия генов, создавая тем  самым бесчисленное множество уникальных генотипов.

Мутационная изменчивость

 

Мутации представляют собой явления внезапного, скачкообразного, прерывистого изменения наследуемого признака.

При мутации  гена новые формы устойчивы, мутации  возникают у отдельно взятых особей, сходные мутации могут возникать  неоднократно.

Процесс возникновения мутаций называется мутагенез. Факторы внешней среды, способствующие мутациям, называются мутагенами.

Мутагены:

- физические  – излучение, частицы;

- химические;

- биологические  – вирусы, микоплазмы.

Классификация мутаций:

1. По происхождению:

- спонтанные;

- индуцированные.

2. По месту возникновения:

- генеративные;

- соматические;

- ядерные;

- цитоплазматические  – мутации, возникающие в ДНК  пластид и митохондрий. Стабильны и передаются из поколения в поколение. Однако обнаружение их затруднено, так как одноименные цитоплазматические структуры в клетке находятся в большом количестве.

3. По характеру изменения фенотипа:

- морфологические;

- физиологические;

- биохимические.

4. По характеру изменения генотипа:

- генные;

- хромосомные;

- геномные.

5. По  степени полезности для организма:

- летальные;

- полулетальные;

- нейтральные;

- полезные.

 

Генные мутации (точковые)

Ген – это участок ДНК. ДНК – полимер, состоящий из мономеров – нуклеотидов. Азотистое основание (нуклеотид) может быть 4-х типов: пуриновые – аденин, гуанин; пиримидиновые – тимин и цитозин. А – Т и Ц – Г.

Генные  мутации не случайно назвали точковыми, так как они связаны с изменением 1-го (или нескольких нуклеотидов) в молекуле ДНК или РНК.

Точковые  мутации возникают либо в момент репарации (т.е. самовостановления; при внешнем повреждении), либо как побочный продукт «ошибка» нормального процесса клеточной физиологии, в момент репликации (удвоения ДНК) и рекомбинации.

Такая концепция получила название «ошибки трех Р» – репарации, репликации, рекомбинации.

Ошибка  может происходить спонтанно и индуцировано.

Выделяют  несколько групп генных мутаций:

1. Транзиции. При такой форме пуриновое основание заменяется пуриновым А-Г, а пиримидиновое пиримидиновым Ц-Т. Не меняется ориентация в пределах пары.

2. Трансверсии. Пуриновое основание меняется на пиримидиновое, происходит как спонтанно, так и под действием мутагенов. А_Т

3. Сдвиг рамки считывания. Мутации со сдвигом рамки называются – фреймшифт.