§ 28. Форми мінливості

• До змісту відповідей

ПОМІРКУЙТЕ Й ОБГОВОРІТЬ СИТУАЦІЮ

Погляньте на людей навколо себе. Зверніть увагу на те, що вони всі зовні різні. Коли ми бачимо монозиготних (однояйцевих) близнюків, то завжди дещо здивовані, бо близнюків небагато й трапляються вони нечасто. Яку роль відіграє мінливість у житті людей?

Мінливість забезпечує індивідуальну неповторність кожної людини, формуючи відмінності в зовнішності, зрості, групах крові та схильності до захворювань. Завдяки цьому людство неоднорідне за своїми властивостями, що дозволяє легше пристосовуватися до найрізноманітніших умов праці та життя.

Як виникає таке різноманіття?

Різноманіття з’являється завдяки комбінативній мінливості під час статевого розмноження: перехресту хромосом (кросинговеру), їхньому випадковому розходженню в мейозі та непередбачуваному поєднанню гамет під час запліднення. Додатковий внесок роблять випадкові мутації та різний вплив умов довкілля на формування фенотипу кожної людини.

Чи має воно якесь еволюційне значення?

Різноманіття є головним матеріалом для дії природного добору. Саме генетична різнорідність гарантує, що під час раптових епідемій чи змін клімату в популяції завжди знайдуться стійкі особини, які виживуть і збережуть людський вид.

ПРОЄКТ

«Мутагени в навколишньому середовищі». Опишіть приклади мутагенів, із якими людина стикається в щоденному житті, їхній вплив на здоров’я та способи захисту.

Приклади поширених мутагенів у довкіллі:

1. До фізичних мутагенів належать пряме сонячне ультрафіолетове випромінювання під час засмаги, рентгенівські промені та волокна азбестового пилу від старих покрівельних матеріалів.
2. До хімічних мутагенів відносять компоненти тютюнового диму, вихлопні гази автівок, синтетичні харчові барвники, сполуки свинцю у воді, спиртні напої та агресивну побутову хімію.
3. До біологічних мутагенів належать віруси папіломи людини і гепатитів B та C, а також отруйні токсини цвілевих грибів, що оселяються на зіпсованих продуктах.

Вплив мутагенів на організм:
Мутагени пошкоджують хімічну структуру ДНК, призводять до розривів хромосом і порушують правильний поділ клітин. У соматичних клітинах це веде до швидкого старіння тканин або запуску безконтрольного поділу й росту ракових пухлин. Якщо ж мутагени вражають статеві клітини, порушення передаються майбутнім поколінням у вигляді вроджених вад розвитку та спадкових захворювань.

Заходи захисту:

1. Захищати відкриту шкіру від сонячних опіків одягом, крислатими капелюхами й кремами із захисним SPF-фільтром.
2. Категорично відмовитися від паління, вживання алкоголю та рідше гуляти вздовж доріг із інтенсивним рухом автотранспорту.
3. Застосовувати гумові рукавички та провітрювати кімнату під час роботи з фарбами, лаками та концентрованою побутовою хімією.
4. Не їсти продукти зі слідами плісняви, завжди ретельно мити куплені овочі та фрукти перед їдою.
5. Робити планові профілактичні щеплення, щоб захистити організм від мутагенних вірусів.

РОБОТА В ГРУПІ

Чи є мутації корисними? Чи є вони шкідливими? Влаштуйте дискусію, наведіть свої аргументи.

Переважна більшість мутацій є шкідливими або нейтральними, оскільки випадкові перебудови генетичного коду руйнують налагоджені механізми роботи білків і призводять до спадкових хвороб (гемофілії, серпоподібноклітинної анемії, муковісцидозу) або загибелі зародка.
Проте існують і корисні мутації, які підвищують пристосованість організму до нових обставин. Наприклад, закріплена в давніх скотарів мутація збереження ферменту лактази дозволила дорослим людям легко перетравлювати коров’яче молоко, що врятувало їх від голоду, а окремі мутації рецепторів лімфоцитів сьогодні захищають людей від зараження вірусом ВІЛ. Саме такі корисні мутації є рушійною силою еволюції та надають новий матеріал для природного добору.

Як зменшити ризик виникнення мутацій?

1. Необхідно уникати тривалого перебування під прямими сонячними променями опівдні та контролювати частоту проходження рентген-досліджень.
2. Слід підтримувати здоровий спосіб життя, виключивши паління, алкоголь та енергетики з сумнівними хімічними домішками.
3. Варто щодня вживати свіжі фрукти, ягоди й зелень, які містять антиоксиданти для захисту клітин від пошкоджень.
4. Обов’язково треба одягати маску й рукавички під час фарбування, ремонту або використання садово-городніх хімікатів.

РОБОТА В ПАРІ

За зразком на мал. 28.3 (с. 137) складіть власні приклади хромосомних мутацій: делецій, дуплікацій, інверсій, транслокацій.

Візьмемо за основу хромосому 1 із генами A–B–C–D–E–F–G та негомологічну хромосому 2 із генами K–L–M–N.

Приклади перебудов:

1. При делеції повністю випадає ділянка C, утворюючи хромосому складу A–B–D–E–F–G.
2. При дуплікації фрагмент B–C подвоюється, через що виникає послідовність A–B–C–B–C–D–E–F–G.
3. При інверсії блок генів C–D–E розвертається на 180 градусів, даючи порядок A–B–E–D–C–F–G.
4. При міжхромосомній транслокації негомологічні хромосоми міняються кінчиками: перша отримує частину другої A–B–C–D–E–M–N, а друга — K–L–F–G.

ЗНАЙДІТЬ ІНФОРМАЦІЮ Й ВИКОНАЙТЕ ЗАВДАННЯ

Прикладом модифікаційної мінливості є наявність листків різної форми в рослин, якщо вони перебувають у різних умовах навколишнього середовища. Наприклад, у стрілолиста надводні листки — традиційної стрілоподібної форми, листки на поверхні води — круглясті, а підводні — стрічкоподібні. Доведіть, що саме така форма є адаптивною до умов повітряного середовища, водного середовища й межі цих середовищ.

Форма кожного типу листків стрілолиста ідеально пристосована до фізичних властивостей відповідного середовища:

1. Надводні листки мають стрілоподібну форму, товстий черешок і розвинену пластинку з кутикулою та продихами, що зменшує опір вітру, запобігає обламуванню та ефективно вловлює світло для активного повітряного фотосинтезу.
2. Плаваючі на межі середовищ листки мають круглясту пласку форму, шар воску зверху та великі повітроносні порожнини (аеренхіму), що дозволяє їм впевнено триматися на плаву, не намокати від бризок і не забивати продихи водою.
3. Підводні листки розвиваються тонкими, довгими й стрічкоподібними без кутикули, завдяки чому вони гнучко згинаються за течією води без розривів і поглинають кисень та вуглекислий газ безпосередньо всією поверхнею листка.

ПОДІЛІТЬСЯ СВОЇМИ ДУМКАМИ

Є близнюки, які розвиваються завдяки тому, що запліднена яйцеклітина (зигота) поділяється на дві клітини, які відділяються одна від одної і кожна з них формує окремий організм. Таких близнюків називають монозиготними, або однояйцевими. Ці близнюки мають однаковий генотип, завжди однієї статі та схожі за зовнішніми ознаками. Чому монозиготні близнюки мають різний характер? Яка мінливість виявляється за таких умов?

Характер формується не лише генами, а й вихованням, різним життєвим досвідом, спілкуванням з іншими людьми, власними інтересами та навчанням. Навіть зростаючи в одній родині, кожна дитина сприймає події по-своєму та потрапляє в різні життєві ситуації.

За таких умов проявляється модифікаційна (фенотипна, неспадкова) мінливість, адже відмінності у психологічних рисах і звичках виникають під дією факторів оточення без будь-яких змін у спадковому коді ДНК.

ІНДИВІДУАЛЬНА РОБОТА

Фермери з Одещини вирощують кавуни квадратної форми. Існують також і квадратні яблука. У який спосіб можна отримувати такі плоди? Яка форма мінливості проявляється за цих умов?

Такі плоди отримують механічним способом: молоду зав’язь кавуна чи яблука ще на гілці поміщають у міцну прозору коробку або форму кубічної форми зі скла чи пластику. Під час росту плід упирається в стінки контейнера і поступово набуває форми куба.

За цих умов проявляється модифікаційна (неспадкова) мінливість. Гени плоду не змінюються, зміна викликана суто фізичним тиском форми, а насіння з такого кавуна наступного року дасть звичайні круглі плоди.

ЗАПИТАННЯ І ЗАВДАННЯ

1. Розгляньте світлини. Поясніть, чому діти схожі на батьків. Чому не схожі? Яку роль у цій спадковій мінливості відіграє кросинговер?

Діти схожі на батьків завдяки спадковості, адже вони отримують генетичну інформацію від обох батьків через яйцеклітину та сперматозоїд — рівно по половині хромосомного набору від матері та батька.

Несхожість виникає через комбінативну спадкову мінливість: батьківські хромосоми під час утворення гамет розходяться цілком випадково, а під час запліднення утворюється новий, унікальний комплекс генів, якого раніше не існувало в природі.

Кросинговер під час мейозу забезпечує взаємний обмін ділянками між гомологічними хромосомами. Він перетасовує батьківські й материнські алелі в межах однієї хромосоми, завдяки чому кожна статева клітина отримує новий набір ознак, що робить дітей відмінними від батьків і від власних рідних братів і сестер.

2. Розгляньте малюнок нижче. Поясніть, як мутагени впливають на клітини організму. Підготуйте доповідь про фізичні, хімічні та біологічні мутагени й способи захисту він них.

Мутагени проникають усередину клітини й безпосередньо ушкоджують молекули ДНК або руйнують білки веретена поділу. Вони спричиняють розриви хромосом, випадання чи заміну нуклеотидів у генах. Якщо внаслідок цього вимикаються гени контролю клітинного поділу, клітина втрачає здатність зупиняти розмноження, починає безперервно ділитися й утворює пухлину.

Тези доповіді:

Фізичні мутагени — це радіоактивне та рентгенівське випромінювання, ультрафіолетові промені сонця, високі температури, а також механічні волокна типу азбесту. Вони розривають зв’язки в молекулах ДНК та утворюють токсичні вільні радикали. Для захисту від них треба користуватися сонцезахисними кремами, уникати засмаги в полуденні години, скорочувати рентгенівські процедури до необхідного мінімуму й уникати будматеріалів із волокнами азбесту.

Хімічні мутагени включають пестициди, смоли тютюнового диму, важкі метали на кшталт свинцю й ртуті, органічні розчинники, чадний газ, алкоголь і наркотичні речовини. Вони хімічно реагують з азотистими основами ДНК і змінюють генетичний код. Способами захисту є повна відмова від шкідливих звичок, миття овочів і фруктів перед споживанням, вживання очищеної води та використання респіраторів і рукавичок під час роботи з лаками, фарбами чи побутовою хімією.

Біологічні мутагени — це онкогенні віруси (папіломавірус, віруси гепатиту В і С), токсини бактерій і мікотоксини цвілевих грибів на зіпсованих продуктах. Віруси вбудовують свій геном прямо в хромосоми людини й порушують роботу життєво важливих генів. Для захисту необхідно вчасно робити планові профілактичні щеплення, дотримуватися правил особистої гігієни та ніколи не споживати продукти з ознаками цвілі чи гниття.

3. Проаналізуйте таблицю. Які ознаки мають більш широку норму реакції, а які — вузьку? Як можна використовувати знання про мінливість у сільському господарстві?

Широку норму реакції мають кількісні ознаки: висота рослини (зростає від 35 до 90 см), маса колосу (збільшується від 0,8 до 2,3 г) та кількість листків (змінюється від 4 до 10 штук), оскільки їхні показники помітно змінюються зі зміною концентрації азоту в ґрунті. Вузьку норму реакції має якісна ознака — симетрія квітки, яка залишається виключно радіальною за будь-якого вмісту добрив.

Знання про модифікаційну мінливість допомагають агрономам і фермерам створити оптимальні умови середовища (правильне удобрення ґрунту, вчасний полив, освітлення та збалансований раціон для тварин), щоб максимально проявити закладену в генах продуктивність.

Знання про комбінативну та мутаційну мінливість використовують селекціонери, штучно схрещуючи сорти чи підбираючи мутації для виведення нових стійких порід тварин і високоврожайних сортів рослин.

4. У великої рогатої худоби комолість (відсутність рогів) визначається домінантною алеллю P, а рогатість — рецесивною алеллю p. У господарстві є такі тварини: бик А — комолий, але його батько був рогатий, бик Б — комолий, його батько рогатий, а мати комола. Селекціонер хоче отримати стадо лише комолих телят. Визначте можливі генотипи тварин і оберіть бика для схрещування, щоб отримати якнайбільше комолих нащадків.

Дано:

• $P$ — комолість (домінантна алель)
• $p$ — рогатість (рецесивна алель)
• Бик А: комолий ($P\_$), батько рогатий ($pp$)
• Бик Б: комолий ($P\_$), батько рогатий ($pp$), мати комола ($P\_$)

Розв’язання:

1. Оскільки бик А фенотипно комолий, він обов’язково має домінантну алель $P$. Його батько був рогатим, тобто мав генотип $pp$ і передав синові рецесивну алель $p$. Відповідно, генотип бика А — $Pp$ (гетерозигота).
2. Бик Б також фенотипно комолий і отримав алель $P$ від комолої матері. Його батько був рогатим ($pp$), тому передав синові рецесивну алель $p$. Відповідно, генотип бика Б — також $Pp$ (гетерозигота).
3. Обидва бики мають однаковий гетерозиготний генотип ($Pp$), тому в схрещуванні дадуть абсолютно однаковий результат. Жоден із них не зможе забезпечити 100% комолого потомства, оскільки кожен із биків продукує половину гамет з алеллю рогатості $p$ (при паруванні з гетерозиготними або рогатими коровами народжуватимуться рогаті телята). Щоб отримати виключно комолих нащадків від будь-яких корів, селекціонеру потрібен гомозиготний бик ($PP$), якого серед наявних тварин немає.

Відповідь: Генотип бика А — $Pp$, генотип бика Б — $Pp$. Обидва бики генетично однакові (гетерозиготні), тому вибір будь-кого з них дасть однаковий результат; жоден не гарантує повністю комолого стада.