28. Генетика и эволюция

ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ

1. На молекулярно-генетическом уровне организации живого элемен­тарной единицей является ген — участок молекул ДНК и РНК со специфич­ным набором нуклеотидов, в последовательности которых закодирована ге­нетическая информация. Каждый ген отвечает за синтез конкретного белка. Уникальными свойствами гена являются его высокая устойчивость и спо­собность к наследуемости изменений в результате мутаций.

2. Обычно в клетках растений и животных молекулы ДНК присутст­вуют в виде некоторых структур ядра клетки, которые называются хромосо­мами. Таким образом, хромосомы состоят из большого числа генов, которые расположены в ней в линейном порядке.

3. Для кодирования одной аминокислоты используется сочетание трех нуклеотидов, и такая элементарная единица информации получила назва­ние кодона (см. п. 18.7). Последовательность кодонов в гене определяет по­следовательность аминокислот в полипептидной цепи белка, кодируемого этим геном. Если белок состоит, например, из 300 аминокислот, то для его кодирования требуется ген, состоящий из порядка тысячи нуклеотидов, ко­торые образуют участок спирали молекулы ДНК.

4. Было установлено, что сама структура генетического кода одинакова для всего живого (это значит, что одна и та же аминокислота кодируется оди­наково, независимо от того, в каком организме, в каком белке эта аминокис­лота присутствует). Однако количество нуклеотидов, а значит, и молекул ДНК разное, и механизм реализации генетического кода разный, отсюда различия в наборе синтезирующихся белков и в сложности различных организмов.

5. Воспроизводство себе подобных и наследование признаков осуще­ствляется с помощью наследственной информации, материальным носите­лем которой являются молекулы ДНК. Основой воспроизводства является синтез белков, который происходит в клетках организма по программе, за­ложенной в ДНК и реализуемой через РНК. Необходимость такого синтеза обусловлена тем, что большинство компонентов живого находится в дина­мическом состоянии и постоянно обновляется. Белки все время распадают­ся, и их необходимо замещать вновь синтезируемыми молекулами, а для этого нужна генетическая информация о том, как это делать. Поэтому такая система воспроизведения должна содержать в закодированном виде полную информацию, необходимую для того, чтобы построить из запасенного клет­кой органического материала белок, нужный в данный момент, а также све­дения о механизме извлечения и передаче этой программной информации.

6. Совокупность всех генов одного организма называется генотипом, а совокупность всех признаков организма — фенотипом. Фенотип представ­ляет собой результат взаимодействия генотипа и окружающей среды. Фено­тип — это явление, а генотип — это сущность. Генотип проявляется в фено­типе и поэтому фенотип всегда шире и разнообразнее генотипа. Естествен­ный отбор действует на фенотип, а не непосредственно на генотип, который лишь определяет реакции развивающегося организма на внешнюю среду, генетическая информация становится биологически осмысленной только в гом случае, когда она «расшифровывается» в результате контакта с окру­жающей средой. В известном смысле фенотип включает в себя биологиче­ские задатки, природную и социальную среду, деятельность индивидуума, его сознание и все возможные взаимодействия между этими признаками.

7. Отдельные гены определяют возможность развития одного элемен­тарного признака или одной белковой молекулы, а распределение их в хро­мосомах и последующее распределение хромосом по дочерним клеткам при клеточном делении обеспечивают передачу совокупности наследственных свойств всего организма от поколения к поколению. Хромосомы как струк­турные образования клеточного ядра имеют специфичную форму и размер около 1 мкм. Их число для каждого вида остается постоянным, но для раз­ных видов оно неодинаково. Во всех клетках хромосомы парные, и такой набор хромосом называется диплоидным, или двойным. Для диплоидных организмов каждому признаку соответствуют два гена. Они могут быть пред­ставлены на двух парных хромосомах разными вариантами, их называют аллелями. Таким образом, аллели — это формы одного и того же гена, распо­ложенные в одинаковых участках парных хромосом.

7. Геном — это совокупность генов, содержащихся в одинарном набо­ре хромосом определенной животной или растительной клетки.

8. Генофонд определяет качественный состав и относительную чис­ленность разных аллелей различных генов в популяциях того или иного ор­ганизма. Это видовой, а не индивидуальный признак.

28.10. В клетках, готовящихся к делению, происходит синтез новых ко­пий ДНК. Но в процессе этого копирования могут возникать ошибки, сбои. Они изменяют смысл генетических инструкций, и тогда образуются измене­ния в передаче наследственной информации. Такие ошибки в генетике назы­вают мутациями. Мутации — это внезапно возникшие наследственные из­ менения генотипа или генетического материала, приводящие к изменению признаков организма.

По месту возникновения мутации могут быть генными (точечными, точ-ковыми) — это изменения химической структуры гена, в результате кото­рых может произойти замена азотистых оснований, изменение последова­тельности нуклеотидов, изменение количества нуклеотидных пар в составе гена; хромосомными — изменения структуры хромосом, например утрата части хромосомы, инверсия (разворот) хромосомы, удвоение некоторых уча­стков хромосомы; геномными — изменения числа хромосом в гаплоидном наборе, например увеличение числа хромосом, кратное гаплоидному, нерас­хождение какой-либо пары хромосом, и в результате одна гамета будет со­держать на одну хромосому больше, а другая — на одну меньше.

Мутации могут передаваться по наследству и, значит, лежат в основе дис­кретной изменчивости; новые виды возникают в результате мутаций. Появ­ляющиеся новые признаки вследствие мутаций не исчезают, а накаплива­ются. Мутации вызываются радиацией, изменениями температуры, дейст­вием химических соединений, другими физическими воздействиями на гены.

ПРИМЕРЫ ТЕСТОВЫХ ЗАДАНИЙ

Задание 28.1 (выберите несколько вариантов ответа).

Укажите положения, которые соответствуют модификационной измен­чивости.

Варианты ответа:

1. Степень выраженности изменений в фенотипе зависит от силы и про­должительности действия факторов, их вызывающих.

2. Формирование изменений сопровождается изменением генотипа.

3. Изменения носят приспособительный характер.

4. Изменения передаются по наследству.

Обоснование ответа. Наследственный аппарат сам по себе кодирует толь­ко синтез специфических белковых молекул, а отнюдь не признаки целого сформированного фенотипа. Генотип программирует лишь общее направле­ние морфогенетических процессов, а условия внешней среды оказывают су­щественное влияние на их конкретную реализацию. Всякий конкретный ге­нотип в разных условиях обеспечивает развитие разных фенотипов. Поэтому первый вариант ответа, безусловно, подходит для данного задания. Фенотипическая (или модификационная) изменчивость имеет приспособительный характер, но не может сама по себе привести ни к каким эволюционным преобразованиям. Этот факт позволяет выбрать третий и отбросить четвер­тый вариант ответа. Наконец, второй вариант также надо отбросить, так как при модификационной изменчивости генотип не изменяется.

Правильными являются варианты ответа: 1) степень выраженности из­менений в фенотипе зависит от силы и продолжительности действия факто­ров, их вызывающих; 3) изменения носят приспособительный характер.

Задание 28.2 (выберите один вариант ответа).

Эволюционный фактор, приводящий к изменению генофонда популя­ции, — это... изменчивость.

Варианты ответа:

1. Мутационная.

2. Модификационная.

3. Комбинативная.

4. Клинальная.

Обоснование ответа. В отличие от модификационной изменчивости, имеющей приспособительный характер, мутационная изменчивость не свя­зана с приспособлением к изменениям условий, вызывающим ее появление. В результате мутаций происходит изменение генофонда популяции за счет случайных изменений в хромосомах, генах (появление аллелей). Следует иметь в виду, что, поскольку мутационная изменчивость неопределенна по отношению к характеру изменений внешней среды, вызвавших появление мутаций, наследственные изменения, как правило, не улучшают, а ухудша­ют приспособленность мутантных организмов.

Правильным является вариант ответа: 1) мутационная.

Задание 28.3 (выберите один вариант ответа).

Совокупность генов, содержащихся в одинарном наборе хромосом жи­вотной или растительной клетки, носит название ...

Варианты ответа:

1. Геном. 2. Генотип.

3. Генофонд. 4.Ген.

Обоснование ответа. По определению такая совокупность генов называ­ется геномом.

Правильным является вариант ответа: 1) геном.

Задание 28.4 (выберите один вариант ответа).

Внезапно возникающее стойкое изменение наследственных структур живой материи, ответственных за хранение и передачу генетической инфор­мации, — это ...

Варианты ответа:

1. Транскрипция. 2. Трансляция.

3. Репликация. 4. Мутация.

Обоснование ответа. Первые три варианта ответа относятся к процессам в клетке, в результате которых воспроизводится наследственный аппарат (репликация) и белковая структура (транскрипция и трансляция). Измене­ния наследственных структур клетки происходят за счет мутаций.

Правильным является вариант ответа: 4) мутация.

Задание 28.5 (выберите один вариант ответа).

Разные формы одного и того же гена называются ...

Варианты ответа:

1. Аллелями. 2. Кариотипом.

3. Генофондом. 4. Фенотипом.

Обоснование ответа. По определению разные формы одного и того же гена называются аллелями. Аллели появляются в результате мутаций.

Правильным является вариант ответа: 1) аллелями.

Задание 28.6 (выберите один вариант ответа).

Модификационные изменения, в отличие от мутационных изменений, ...

Варианты ответа:

1. Индивидуальны. 2. Необратимы.

3. Не наследуются. 4. Наследуются.

Обоснование ответа. Модификационные (или фенотипические) измене­ния отражают влияние внешних условий на организм, поэтому эти измене­ния носят не индивидуальный, а групповой характер. Они обратимы, так как если внешние условия возвращаются к какому-то исходному состоянию, то и фенотип вернется к прежним параметрам. Модификационные измене­ния не наследуются.

Правильным является вариант ответа: 3) не наследуются.

Задание 28.7 (выберите один вариант ответа).

Организм, генотип которого содержит разные аллели одного гена, назы­вается ...

Варианты ответа:

1. Рецессивным. 2. Гетерозиготным.

3. Гомозиготным. 4. Доминантным.

Обоснование ответа. В диплоидных клетках имеется по два полных хро­мосомных набора, состоящих из гомологичных (одинаковых) хромосом, ко­торые несут гомологичные гены, отвечающие за одни и те же признаки. На­личие в обеих гомологичных хромосомах одинаковых аллелей какого-то гена называется гомозиготным состоянием (по данному гену), наличие же разных аллелей — гетерозиготным состоянием. При гетерозиготности фенотипиче­ски проявляется лишь один из аллелей — доминантный. Новые мутации мо­гут постепенно накапливаться в популяции данного вида в форме рецессив­ных аллелей, время от времени проявляясь фенотипически в гомозиготном состоянии и подвергаясь в этом случае действию отбора. Таким образом, в данном задании следует выбрать второй вариант ответа.

Правильным является вариант ответа: 2) гетерозиготным.

Задание 28.8 (выберите один вариант ответа).

Совокупность всех генов организма, локализованных в его хромосо­мах, — это ...

Варианты ответа:

1. Генофонд. 2. Фенотип.

3. Кариотип. 4. Генотип.

Обоснование ответа. По определению генотипом называется совокуп­ность всех генов организма, локализованная в его хромосомах.

Правильным является вариант ответа: 4) генотип.

VI.

БИОСФЕРА И ЧЕЛОВЕК