§ 33. Модифікаційна мінливість

• До змісту відповідей

БІОЛОГІЧНИЙ ДЕТЕКТИВ

Гуртківці досліджували врожайність одного сорту квасолі на ділянці. Зібрали насіння, визначили масу насінин: вона коливалася в межах від 0,2 г до 0,5 г. Юні дослідники відібрали з усіх отриманих насінин ті, що мали більшу масу — 0,4–0,5 г. Наступного року висіяли саме це насіння. Умови догляду були такими самими, як і минулого року. Спрогнозуй, якою буде маса насінин нового врожаю: в межах 0,4–0,5 г чи 0,2–0,5 г.

Маса насінин нового врожаю коливатиметься в межах 0,2–0,5 г. Коливання маси насінин у межах одного сорту є виявом модифікаційної мінливості, яка не успадковується. Генотип рослин залишився однаковим і визначає межі норми реакції цієї ознаки (від 0,2 г до 0,5 г), тому за аналогічних умов вирощування новий врожай матиме такий самий діапазон маси.

ТРЕНУЙСЯ ДУМАТИ

1. Якщо впродовж ранніх етапів вагітності жінка хворіла на краснуху, можливі ураження плоду, наприклад, порушене формування органа слуху, що може призвести до глухоти. Усе тому, що вірус краснухи здатен проникати до плоду і порушувати програму ембріонального розвитку. Чи успадковуватиметься глухота, спричинена вірусом, наступними поколіннями?

Ні, глухота, спричинена вірусом краснухи, не успадковуватиметься наступними поколіннями. Ураження плоду в цьому випадку є ненаслідковою модифікаційною зміною (фенокопією), зумовленою зовнішнім шкідливим чинником, і воно не змінює генетичний матеріал статевих клітин дитини.

2. Науковці стверджують, що рівень стресу, спричиненого умовами догляду, впливає на експресію певних генів у лабораторних щурів. Тож, якщо мати ретельно піклується про новонароджених, певні гени поведінки є активними. Якщо ні, ці гени метилюються, їх активність пригнічується (формується інший епігенетичний візерунок). Поміркуй, як науковці довели, що не генетичні, а епігенетичні зміни на ранньому етапі розвитку впливають на поведінку щурів і їхній майбутній соціальний статус. Уклади план експериментального дослідження (скористайся матеріалами в e-ДОДАТКУ (завдання 33.1)).

Науковці довели це за допомогою методів перехресного виховування (виховання потомства нерідними матерями) та аналізу рівнів метилювання ДНК.

План експериментального дослідження:

1. Сформувати дві групи новонароджених щурят із однаковим або генетично подібним походженням.
2. Помістити першу групу на виховання до дбайливих матерів, а другу — до неуважних матерів.
3. Провести зворотну пересадку: частину потомства від неуважних матерів віддати дбайливим, а від дбайливих — неуважним.
4. Оцінити рівень стресостійкості та соціальну поведінку вирослих щурят за допомогою стандартних поведінкових тестів.
5. Провести молекулярно-генетичний аналіз клітин мозку (гіпокампа) щурят для визначення рівня метилювання ДНК у промоторах генів, відповідальних за реакцію на стрес.
6. Порівняти отримані результати і зробити висновок про вплив материнського догляду на епігенетичний стан генів та поведінку.

ЗАПИТАННЯ І ЗАВДАННЯ

1. Обґрунтуй пристосувальне значення модифікацій на конкретних прикладах.

Модифікаційні зміни дозволяють організмам виживати в умовах середовища, що змінюються, без зміни генотипу. Утворення засмаги у людини під дією сонячних променів захищає глибокі шари шкіри від ультрафіолетового випромінювання. Збільшення м’язової маси під час фізичних тренувань допомагає організму адаптуватися до підвищених навантажень. Формування підводного та надводного листя різної форми у стрілолиста забезпечує ефективний фотосинтез як у воді, так і в повітрі.

2. Наведи приклади оборотних і необоротних модифікацій. На яких етапах розвитку формуються названі модифікації?

Оборотні модифікації формуються впродовж усього життя організму і зникають після припинення дії чинника; прикладами є засмага шкіри, ступінь розвитку м’язів або зміна густоти хутра у ссавців залежно від сезону. Необоротні модифікації зазвичай формуються на ранніх етапах розвитку (в ембріональному або личинковому періодах); прикладами є формування бджолиної матки або робочої бджоли з однакових личинок залежно від складу їжі, а також форма листків у водних рослин під час їх росту.

3. Опиши роль епігенетичних чинників у формуванні модифікаційної мінливості.

Епігенетичні чинники регулюють рівень активності (експресії) генів без зміни послідовності ДНК. Під дією умов довкілля (наприклад, харчування, стресу, температури) відбувається метилювання ДНК або модифікація білків-гістонів. Це призводить до пригнічення або активації певних генів, завдяки чому організм змінює свої фенотипові ознаки та пристосовується до нових умов.

4. Що таке норма реакції? Чим визначається норма реакції — генотипом чи умовами середовища?

Норма реакції — це межі модифікаційної мінливості ознаки, в межах яких можливі її зміни під впливом умов середовища. Норма реакції визначається генотипом організму, тоді як конкретний прояв ознаки в межах цієї норми залежить від умов середовища.

5. Учні та учениці досліджували мінливість кількості насінин у бобах гороху. Вибірка склала 30 бобів. Отримані значення: 2; 2; 3; 3; 3; 3; 4; 4; 4; 4; 4; 4; 4; 4; 5; 5; 5; 5; 5; 5; 5; 5; 6; 6; 6; 7; 7; 8; 8; 9. Уклади варіаційний ряд і варіаційну криву.

Варіаційний ряд кількості насінин у бобах гороху:

[!NOTE]
Промпт для створення зображення:
A clear educational graph showing a variation curve (варіаційна крива) for pea seeds per pod. Horizontal X-axis labeled ‘Кількість насінин у бобі (v)’ with numbers from 2 to 9. Vertical Y-axis labeled ‘Частота зустрічальності (p)’ with numbers from 0 to 10. Data points connected with a smooth bell-shaped curve passing through (2,2), (3,4), (4,8), (5,8), (6,3), (7,2), (8,2), (9,1). All text and labels must be strictly in Ukrainian language.

6. Проведи дослідження мінливості певної ознаки у рослин за планом. (Виконай в e-ДОДАТКУ завдання 33.2.)

План проведення дослідження мінливості ознаки у рослин:

1. Обрати об’єкт дослідження (наприклад, довжину хвоїнок сосни чи довжину листкових пластинок) та виміряти обрану ознаку у вибірці з 30–50 екземплярів.
2. Впорядкувати отримані дані за зростанням та підрахувати частоту зустрічальності кожного значення.
3. Скласти варіаційний ряд у вигляді таблиці.
4. Побудувати варіаційну криву на графіку (по осі X — значення ознаки, по осі Y — частота зустрічальності).
5. Визначити середнє значення ознаки та зробити висновок про межі норми реакції досліджуваної ознаки.

СКЛАДАЄМО БІОЛОГІЧНІ ПАЗЛИ (РЕФЛЕКСІЯ)

1. Назви три факти, які ти дізнався/дізналася після опанування параграфа.

• Модифікаційна мінливість є неспадковою і виникає під впливом чинників зовнішнього середовища.
• Межі змін ознаки під дією умов середовища називаються нормою реакції і кодуються генотипом.
• Перетворення личинки бджоли на матку або робочу бджолу залежить від характеру харчування і регулюється епігенетичними механізмами, зокрема метилюванням ДНК.

2. Закінчи одне з речень: Я став/стала більш обізнаним/обізнаною щодо… Мене здивувало… Я побачив/побачила зв’язок…

• Я став більш обізнаним щодо того, як харчування та спосіб життя можуть змінювати активність генів через епігенетичні механізми без зміни структури ДНК.

3. З якими перешкодами ти зіткнувся/зіткнулася під час опанування параграфа? Як ти подолав/подолала труднощі?

• Важко було відрізнити генетичні зміни від епігенетичних, але уважний розгляд прикладу з маточним молочком у бджіл допоміг зрозуміти цей процес.

4. Де і як ти зможеш використати знання і набутий досвід?

• Отримані знання допоможуть мені краще планувати свій раціон харчування та фізичні навантаження для підтримки здоров’я і розвитку організму.