Теорія для підготовки до блоку №2 ОГЕ з біології: ознаки живих організмів.
З історії
Уявлення про те, що для живих істот характерні спадковість і мінливість, склалися ще в давнину. Було відмічено, що при розмноженні організмів з покоління в покоління передається комплекс ознак і властивостей, притаманних конкретному виду (прояв спадковості). Проте так само очевидно й те, що між особинами одного виду існують деякі відмінності (прояв мінливості).
Знання про наявність цих властивостей використовувалося при виведенні нових сортів культурних рослин і порід домашніх тварин. Здавна в сільському господарстві застосовувалася гібридизація, т. Е. Схрещування організмів, що відрізняються один від одного з яких-небудь ознаками. Однак до кінця XIX в. така робота здійснювалася методом проб і помилок, оскільки не були відомі механізми, що лежать в основі прояву подібних властивостей організмів, а існували на цей рахунок гіпотези мали чисто умоглядний характер.
У 1866 році вийшов у світ праця Грегора Менделя, чеського дослідника, «Досліди над рослинними гібридами». У ньому були описані закономірності успадкування ознак в поколіннях рослин декількох видів, які Г. Мендель виявив в результаті численних і ретельних експериментів. Але його дослідження не привернуло уваги сучасників, які не зуміли оцінити новизну і глибину ідей, що випередили загальний рівень біологічних наук того часу. Лише в 1900 році після відкриття законів Г. Менделя заново і незалежно один від одного трьома дослідниками (Г. де Фріз у Голландії, К. Корренсом в Німеччині і Е. Чермак в Австрії), починається розвиток нової біологічної науки - генетики, що вивчає закономірності спадковості і мінливості. Грегора Менделя справедливо вважають основоположником цієї молодої, але дуже бурхливо розвивається науки.
спадковість організмів
Спадковістю організмів називають загальне властивість всіх організмів зберігати і передавати особливості будови і функцій від предків до нащадків.
Зв'язок батьків з нащадками у організмів здійснюється в основному через розмноження. Потомство завжди подібно батькам і предкам, але не буває їх точною копією.
Кожен знає, що з жолудя виростає дуб, з яєць зозулі виводяться її пташенята. З насіння культурних рослин певного сорту виростають рослини того ж сорту. У домашніх тварин зберігають властивості нащадки тієї ж породи.
Чому ж потомство схоже на своїх батьків? За часів Дарвіна причини спадковості були мало вивчені. В даний час відомо, що матеріальну основу спадковості становлять гени, розташовані в хромосомах. Ген є ділянкою молекули органічної речовини ДНК, під дією якого формуються ознаки. У клітинах організмів різних видів містяться одиниці і десятки хромосом і сотні тисяч генів.
Хромосоми з розташованими в них генами є як в статевих клітинах, так і в клітинах тіла. При статевому розмноженні відбувається злиття чоловічої і жіночої статевих клітин. У клітинах зародка об'єднуються чоловічі і жіночі хромосоми, тому формування його відбувається під впливом генів як материнського, так і батьківського організму. На розвиток одних ознак більший вплив надають гени материнського організму, інших - батькового, на треті ознаки материнські і батьківські гени надають рівний вплив. Тому потомство за одними ознаками виявляється схожим на материнський організм, за іншими - на батьківський, за третіми - поєднує ознаки батька і матері, т. Е. Має проміжний характер.
мінливість організмів
Мінливістю організмів називають загальне властивість організмів набувати нових ознак - різницю між особами не більше виду.
Мінливі всі ознаки організмів: особливості зовнішньої та внутрішньої будови, фізіології, поведінки та ін. В потомстві однієї пари тварин або серед рослин, що виросли з насіння одного плоду, неможливо зустріти абсолютно однакових особин. У стаді овець однієї породи кожна тварина відрізняється ледве вловимими особливостями: розмірами тіла, довжиною ніг, голови, забарвленням, довжиною і щільністю завитка вовни, голосом, звичками. Кількість крайових язичкових квіток у суцвіттях золотої різки (сімейство складноцвітих) коливається від 5 до 8. Число пелюсток анемони дубравной (сімейство Лютикова) - 6, а іноді 7 і 8. Рослини одного виду або сорту дещо відрізняються один від одного в термінах цвітіння, дозрівання плодів, ступеня посухостійкості та ін. Завдяки мінливості особин популяція виявляється різнорідної.
Дарвін розрізняв дві основні форми мінливості - ненаследственную і спадкову.
Неспадкова або модификационная мінливість
Давно було помічено, що всі особини даної породи, сорту або виду під впливом певної причини змінюються в одному напрямку. Сорти культурних рослин при відсутності умов, в яких вони були виведені людиною, втрачають свої якості. Наприклад, білокачанна капуста при обробленні в жарких країнах не утворює качана. Відомо, що при хорошому добриві, поливі, освітленні рослини рясно кущаться і плодоносять. Породи коней, завезені в гори або на острови, де їжа недостатньо живильна, з часом стають низькорослими. Продуктивність безпородних тварин в умовах поліпшеного утримання та догляду підвищується. Всі ці зміни Неспадкова, і якщо рослини або тварин перенести в вихідні умови існування, то ознаки знову повертаються до первинних.
Причини ненаследственной, або модификационной, мінливості організмів за часів Дарвіна були слабо вивчені. До теперішнього часу з'ясовано, що формування організму йде як під впливом генів, так і під впливом умов довкілля. Ці умови і служать причиною ненаследственной, модификационной, мінливості. Вони можуть прискорити або сповільнити зростання і розвиток, змінити забарвлення квіток у рослин, але гени при цьому не змінюються. Завдяки ненаследственной мінливості особини популяцій виявляються пристосованими до мінливих умов середовища.
спадкова мінливість
Крім модификационной існує інша форма мінливості - спадкова мінливість організмів, яка зачіпає хромосоми або гени, т. Е. Матеріальні основи спадковості. Спадкові зміни були добре відомі Дарвіну, їм він відводив велику роль в еволюції.
Причини спадкової мінливості за часів Дарвіна також були мало досліджені. В даний час відомо, що спадкові зміни обумовлені зміною генів або утворенням нових комбінацій їх серед нащадків. Так, один вид спадкової мінливості - мутації - обумовлений зміною генів; інший вид - комбинативная мінливість - викликаний нової комбінації генів у потомство; третій - співвідносна мінливість - пов'язаний з тим, що один і той же ген впливає на формування не одного, а двох і більше ознак. Таким чином, в основі всіх видів спадкової мінливості лежить зміна гена або сукупності генів.
Мутації можуть бути незначними і торкатися самі різні морфологічні і фізіологічні особливості організму, наприклад у тварин - розміри, забарвлення, плідність, молочність і т. П. Іноді мутації проявляються в більш значних змінах. Такого роду зміни були використані при створенні курдючних, мериносових і каракулевих порід овець, махрових сортів багатьох декоративних рослин, дерев з плакучими і пірамідальними кронами. Відомі спадкові зміни суниці з простими яйцевидним листям, чистотілу з кавалками листям.
Мутації можуть відбуватися в силу самих різних впливів. Джерелом комбинативной мінливості в популяціях служить схрещування. Окремі особини однієї і тієї ж популяції дещо відрізняються один від одного за генотипом. В результаті вільного схрещування виходять нові комбінації генів.
З'явилися в популяції в силу випадкових причин спадкові зміни поступово поширюються серед особин завдяки вільному схрещування, і популяція виявляється насиченою ними. Ці спадкові зміни самі по собі не можуть привести ні до появи нової популяції, ні тим більше нового виду, але вони є необхідним матеріалом для відбору, передумовою для еволюційних змін.
Ще Дарвін зазначив співвідносних характер спадкової мінливості. Наприклад, довгі кінцівки тварин майже завжди супроводжуються подовженою шиєю; убезшерстих собак спостерігаються недорозвинені зуби; голуби з оперенням на ногах мають перетинки між пальцями. У столових сортів буряків узгоджено змінюється забарвлення коренеплоду, черешків і нижнього боку листків. У лев'ячого зіва зі світлими віночками квіток стебло і листя зелене; з темними віночками - стебло і листя темні. Тому, проводячи відбір по одному, потрібного ознакою, слід враховувати можливість появи в потомстві інших, іноді небажаних ознак, щодо з ним пов'язаних.
Спадковість і мінливість - різні властивості організмів, зумовлюють подібність і несхожість потомства з батьками і з більш віддаленими предками. Спадковість виражає стійкість органічних форм у ряду поколінь, а мінливість - їх здатність до перетворення.
Дарвін неодноразово наголошував на необхідності глибокої розробки законів мінливості і спадковості. Пізніше вони стали предметом вивчення генетики.