§ 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. Маса насіння в межах одного сорту є прикладом модифікаційної мінливості, яка не успадковується. Генотип рослин залишився незмінним і визначає межі норми реакції цієї ознаки (від 0,2 г до 0,5 г), тому за однакових умов вирощування новий врожай матиме такий самий діапазон значень.

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. Це порушення є ненаслідковою модифікаційною зміною (фенокопією), яку спричинив зовнішній фактор під час ембріогенезу. Вона ушкоджує соматичні структури плоду, але не змінює структуру генів у статевих клітинах майбутньої 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)).

Вчені довели це методом перехресного виховування малят різними матерями з подальшим аналізом хімічних міток на ДНК.

План експериментального дослідження:

1. Відібрати дві групи новонароджених щурят із подібним генотипом.
2. Одну групу залишити з турботливими матерями, а другу передати на вигодовування до неуважних матерів (і навпаки).
3. Після дорослішання протестувати стійкість обох груп до стресу та їхню соціальну поведінку в тестах відкритого простору або лабіринтах.
4. Дослідити клітини мозку (зокрема гіпокампа) обох груп і порівняти рівень метилювання промоторів генів рецепторів стресу.
5. Порівняти поведінку й рівень метилювання ДНК у рідних і прийомних нащадків та сформулювати висновок про вирішальну роль материнського догляду.

ЗАПИТАННЯ І ЗАВДАННЯ

1. Обґрунтуй пристосувальне значення модифікацій на конкретних прикладах.

Модифікації допомагають організмам виживати під час змін умов довкілля без перебудови генотипу. Поява засмаги захищає глибокі шари шкіри від шкідливого ультрафіолету, а ріст м’язової маси під час фізичних тренувань дає змогу витримувати механічні навантаження. Листки водяного жовтецю або стрілолиста під водою мають ниткоподібну форму, щоб не рватися течією, а над водою — широку пластинчасту форму для ефективного фотосинтезу.

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

Оборотні модифікації формуються впродовж усього життя дорослого організму і зникають після припинення дії чинника: це засмага шкіри, зміна маси м’язів чи густоти хутра тварин залежно від сезону. Необоротні модифікації виникають переважно на ранніх етапах розвитку (в ембріональний чи личинковий періоди) і зберігаються назавжди: наприклад, розвиток плідної бджолиної матки або робочої бджоли залежно від годування маточним молочком, або розмір і форма сформованих частин скелета.

3. Опиши роль епігенетичних чинників у формуванні модифікаційної мінливості.

Епігенетичні чинники регулюють активність генів без зміни нуклеотидної послідовності самої ДНК. Під впливом умов середовища (раціону, температури чи стресу) молекули метильних груп приєднуються до ДНК або змінюється будова білків-гістонів. Це пригнічує або активує зчитування конкретних генів, завдяки чому клітини синтезують потрібні білки й організм пристосовує свій фенотип до нових умов.

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

Норма реакції — це межі, у яких може змінюватися фенотиповий прояв певної ознаки під впливом умов середовища. Сама норма реакції завжди визначається генотипом організму, а конкретне значення ознаки в цих межах залежить від дії чинників довкілля.

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:

Варіаційна крива:

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 або довжину листкових пластинок бузку чи жасмину) та виміряти обрану ознаку у вибірці з 30–50 штук.
2. Впорядкувати отримані результати вимірювань за зростанням величини ознаки.
3. Підрахувати частоту повторюваності кожного значення та згрупувати дані у варіаційний ряд у вигляді таблиці.
4. Побудувати графік варіаційної кривої (по горизонтальній осі відкласти значення ознаки, по вертикальній — частоту її вияву).
5. Визначити середнє значення ознаки та встановити межі норми реакції для даної рослини в наявних умовах зростання.

СКЛАДАЄМО БІОЛОГІЧНІ ПАЗЛИ (РЕФЛЕКСІЯ)

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

• Модифікаційна мінливість не змінює генотип і є реакцією організму на умови середовища.
• Межі мінливості ознаки називають нормою реакції, і вона закладена спадково.
• Перетворення личинки бджоли на матку залежить від харчування маточним молочком і регулюється метилюванням гена Dnmt3.

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 чинники довкілля впливають на роботу генів через епігенетичні зміни без порушення послідовності ДНК.

3. З якими перешкодами ти зіткнувся/зіткнулася під час опанування параграфа? Як ти подолав/подолала труднощі?
Спочатку виникали сумніви щодо побудови варіаційного ряду та графіка, але уважний перерахунок частот для кожного числа насінин допоміг легко побудувати варіаційну криву.

4. Де і як ти зможеш використати знання і набутий досвід?
Ці знання допоможуть мені свідомо піклуватися про власний розвиток за допомогою тренувань і здорового харчування, розуміючи пластичність фенотипу.