Введение в фенотипическую изменчивость
Организм постоянно взаимодействует с окружающей средой. Изменение температуры, уровня инсоляции, питания или давления заставляет клетки и ткани подстраиваться под новые реалии.
Главная особенность такой подстройки заключается в том, что она проявляется исключительно у конкретной особи (или группы особей), оказавшейся в данных условиях. При этом базовая «инструкция» организма — его генотип — остается абсолютно нетронутой. Именно поэтому приобретенные таким образом признаки не могут быть переданы следующему поколению.
Основные свойства модификаций
Модификационная изменчивость обладает рядом характерных черт, которые отличают ее от мутаций.
- Массовый характер. Если один и тот же внешний фактор воздействует на популяцию, изменения затронут абсолютное большинство особей. Классический пример: воздействие ультрафиолетового облучения вызывает усиленную пигментацию кожи (загар) практически у всех людей.
- Адекватность изменений. Выраженность признака напрямую зависит от того, насколько интенсивно действует фактор среды. Чем дольше человек находится под открытым солнцем, тем активнее вырабатывается пигмент и тем темнее становится кожа.
- Кратковременность (обратимость). В большинстве случаев модификация исчезает, как только прекращается воздействие вызвавшего ее фактора. Тот же загар постепенно сходит на нет в зимние месяцы. Это свойство крайне важно учитывать в сельском хозяйстве: например, удои и жирность молока у коров напрямую зависят от качества ухода и питания, и при ухудшении условий показатели быстро падают.
- Адаптивность. Модификации — это эволюционно закрепленные реакции. При неизменном генотипе они помогают организму приспособиться к меняющейся среде. Большинство таких изменений имеет четкое приспособительное значение, повышая шансы на выживание.
- Ограниченность. Фенотипические изменения не могут быть бесконечными. Пределы этой изменчивости жестко лимитированы так называемой нормой реакции.
Норма реакции: генетические границы
Норма реакции — это обусловленная генотипом способность организма варьировать степень выраженности того или иного признака в определенных, строго заданных пределах в зависимости от внешних условий.
Важнейший принцип генетики гласит: организм наследует от родителей не сам готовый признак, а именно норму реакции, то есть способность специфически реагировать на среду. Например, само наличие веснушек предопределено генотипом человека, однако то, насколько ярко они будут выражены и в каком количестве появятся, зависит от уровня инсоляции (количества солнечного света).
По ширине нормы реакции все признаки делятся на две большие группы:
- Пластичные признаки. Отличаются очень широкой нормой реакции. Степень их выраженности крайне нестабильна и сильно зависит от окружающей среды. Яркий пример адаптации: количество эритроцитов в 1 мм³ крови у человека может увеличиться почти в два раза, если он окажется в горах на высоте около 4 тысяч метров. Организм компенсирует нехватку кислорода, меняя пластичный признак.
- Непластичные признаки. Обладают узкой нормой реакции. Они практически не поддаются влиянию внешней среды и остаются стабильными на протяжении всей жизни. К таким признакам относятся группа крови или цвет радужной оболочки глаза.
Коротко: ответы на вопросы по теме
Чем модификационная изменчивость отличается от мутационной?
Модификационная (фенотипическая) изменчивость представляет собой результат воздействия внешних факторов на организм, не затрагивающий генотип, и не передается по наследству. В отличие от нее, мутационная изменчивость — это стойкие изменения генетического материала (генотипа), возникающие спонтанно или под действием внешних и внутренних факторов.
| Признак | Модификационная изменчивость | Мутационная изменчивость |
|---|---|---|
| Наследование | Не передается по наследству | Может передаваться по наследству; соматические мутации не наследуются при половом размножении |
| Изменение генотипа | Генотип не изменяется | Изменяется генетический материал |
| Охват | Изменения могут затрагивать большинство особей популяции при действии одного фактора | — |
| Обратимость | Большинство модификаций исчезает после прекращения действия фактора | Изменения стойкие |
| Адаптивность | Большинство модификаций имеет приспособительное значение | — |
Какие эпигенетические механизмы лежат в основе модификационной изменчивости?
Эпигенетические механизмы изменяют фенотип (экспрессию генов) в ответ на условия среды без изменения первичной структуры ДНК. К механизмам эпигенетического наследования относятся:
- Метилирование ДНК — присоединение метильных групп к ДНК.
- Модификация гистонов — ферментативное изменение белков-гистонов, влияющее на компактизацию хроматина.
- Ремоделирование хроматина — изменение состояния хроматина (эухроматин или гетерохроматин).
- РНК-интерференция.
- Прионизация белков.
- Инактивация Х-хромосомы.
Что такое фенокопии и морфозы?
Морфозы — это ненаследственные изменения фенотипа (модификации), которые возникают под действием экстремальных факторов среды (например, рентгеновское облучение или химические агенты) в критические периоды онтогенеза. Они часто имитируют мутации и служат материалом отбора.
Фенокопии — это исходные морфозы, то есть ненаследственные изменения, которые по своему фенотипическому проявлению копируют (имитируют) признаки, обычно вызываемые мутациями. Фенокопиями также называют заболевания негенетической природы, которые по морфофункциональному фенотипу схожи с определенными генетическими болезнями (например, фенокопии гипертрофической кардиомиопатии), но имеют другой этиопатогенез.
Запомнить пять главных свойств модификаций легко по аббревиатуре МАКАО: Массовость, Адекватность, Кратковременность (обратимость), Адаптивность, Ограниченность.
Вопросы с занятий и экзамена
Передаются ли модификации по наследству?
Нет, сами модификационные изменения не наследуются, так как они не затрагивают гены. По наследству передается только норма реакции — генетические рамки, в которых признак может меняться.
В чем заключается адаптивность фенотипической изменчивости?
Она позволяет организму быстро подстраиваться под текущие условия среды, повышая выживаемость, при этом генетический аппарат остается неизменным.
Почему у альпинистов меняется состав крови?
Количество эритроцитов — это пластичный признак с широкой нормой реакции. В ответ на недостаток кислорода (внешний фактор) организм увеличивает выработку красных кровяных телец для компенсации гипоксии.
Что ещё разобрать по теме
- Молекулярные механизмы формирования нормы реакции
- Значение модификационной изменчивости в сельском хозяйстве и селекции
- Сравнение модификационной и мутационной изменчивости
- Эволюционная роль фенотипической пластичности
- Методы статистического анализа пластичных признаков
Разберите тему целиком в курсе «Биология»
Здесь — выжимка. В курсе — всё, что спрашивают на занятии и экзамене.
- Полная методичка по теме «Модификационная изменчивость» и ещё 3 793 страниц предмета
- Задания и тесты после каждой темы — как на коллоквиуме
- AI-тьютор ответит на вопрос по теме в любое время
- 124 видеоуроков по предмету
Другие темы раздела «Изменчивость и её формы»
Бесплатные видеоуроки: биологияКороткие уроки с конспектами — без регистрации.
Материал подготовлен преподавателями Школы Сеченова по учебной программе медицинских вузов. Носит образовательный характер.