Сцепленное наследование генов.

Большую работу по изучению наследования неаллельных генов, расположенных в паре гомологичных хромосом, выполнили американский ученый Т.Морган и его ученики. Ученые установили, что гены, расположенные в одной хромосоме, наследуются совместно, или сцеплено. Группы генов, расположенные в одной хромосоме, называют группами сцепления. Сцепленные гены расположены в хромосоме в линейном порядке. Число групп сцепления у генетически хорошо изученных объектов равно числу пар хромосом, то есть гаплоидному числу хромосом. У человека 23 пары хромосом и 23 группы сцепления, у гороха 7 пар хромосом и 7 групп сцепления и т.д.

Сцепленное наследование и явление перекреста. Рассмотрим, какие типы гамет будет производить особь, два гена которой находятся в одной хромосоме АаВЬ. Особь с таким генотипом производит два типа гамет: аЬ и АВ — в равных количествах, которые повторяют комбинацию генов в хромосоме родителя.

Было установлено, однако, что кроме таких обычных гамет возникают и другие, новые —АЬ и аВ, т.е. с новыми комбинациями генов, отличающимися от родительской гаметы. Было доказано, что причина возникновения новых гамет заключается в перекресте (кроссинговере) гомологичных хромосом. Гомологичные хромосомы в процессе мейоза перекрещиваются и обмениваются участками. В результате этого возникают качественно новые хромосомы. Частота перекреста между двумя сцепленными генами в одних случаях может быть большой, в других — менее значительной. Это зависит от расстояния между генами в хромосоме. Частота (процент) перекреста между двумя неаллельными генами, расположенными в одной хромосоме, пропорциональна расстоянию между ними. Чем ближе расположены гены в хромосоме, тем теснее сцепление между ними и тем реже они разделяются при перекресте. И наоборот, чем дальше гены отстоят друг от друга, тем слабее сцепление между ними и тем чаще осуществляется перекрест. Следовательно, о расстоянии между генами в хромосоме можно судить по частоте перекреста.

Итак, сцепление генов, локализованных в одной хромосоме, не бывает абсолютным. Перекрест, происходящий между гомологичными хромосомами, постоянно осуществляет рекомбинацию генов. Т.Морган и его сотрудники показали, что, изучив явление сцепления и перекреста, можно построить карты хромосом с нанесенным на них порядком расположения генов. Карты, построенные на этом принципе, созданы для многих генетически хорошо изученных организмов: кукурузы, человека, мыши, дрожжей, гороха, пшеницы, томата, плодовой мушки дрозофилы.

Положение хромосомной теории:

1. Каждый ген имеет своё строго определённое положение в хромосоме.

2. Гены расположены в хромосоме линейно в строго определённом порядке.

3. Причиной появления особей с перекомбенированными признаками является кроссенговер.

4. Чем дальше гены друг от друга расположены в хромосоме, тем больше вероятность кроссенговера между ними.

 

ВОПРОС 2.

Агроценоз. Биоценозы, которые возникают на землях сельскохозяйственного пользования, называют агроценозами. Они отличаются от природных сообществ, во-первых, пониженным разнообразием входящих в них видов и, во-вторых, пониженной способностью главного члена этих сообществ — культурных растений — противостоять конкурентам и вредителям. Культурные виды так сильно изменены селекцией в пользу человека, что без его поддержки не могут выдержать борьбу за существование.

Агроценозы поддерживаются человеком посредством больших затрат энергии (работы мускулов людей и животных, работы сельскохозяйственных машин, высвобождения связанной энергии, затрат на дополнительный полив и т.п.). Природные биоценозы таких дополнительных вложений энергии не получают. На полях обычно выращивают какой-либо один вид растений. С хозяйственной точки зрения идеальный агроценоз должен был бы состоять из этого единственного вида, а идеальная пищевая цепь всего из двух звеньев: растение — человек или растение — домашние животные. Но такая система в природе невозможна. Она неустойчива. На полях после вспашки целины быстро формируются довольно разнообразные сообщества из видов, способных выжить в условиях постоянного антропогенного воздействия на поля. Формируются цепи питания из трех-четырех звеньев, возникают конкурентные взаимодействия и другие типы отношений между видами.

Например, в полях на растениях пшеницы обнаруживается в среднем около300 видов одних только членистоногих. Кроме них здесь обитают грызуны и птицы, богатмир почвенных беспозвоночных животных, разнообразных грибков, бактерий, развивается довольно много видов сорных растений. Таким образом, в агроценозах взаимодействуют сотни и даже тысячи видов, хотя это разнообразие значительно меньше, чем в большинстве природных сообществ.

Агроценозы нельзя считать стабильными, так как они в гораздо большей степени, чем естественные ценозы (лес, луг, пастбища), подвержены эрозии, выщелачиванию, засолению и нашествию вредителей. Без участия человека агроценозы зерновых, овощных культур существуют не более года, ягодных растений — 3-4. Поэтому увеличение продуктивности агроценозов возможно при постоянной заботе о плодородии земли, обеспечении растений влагой, охране культурных популяций, сортов и пород растений и животных от неблагоприятных воздействий естественной флоры и фауны. Одним из путей повышения продуктивности агроценозов служит мелиорация почв. Мелиорация — это коренное улучшение почв. В отличие от обычных агротехнических приемов (вспашка, боронование т.д.), которые проводятся ежегодно, мелиорация оказывает длительное, коренное воздействие на землю и представляет собой целую систему организационно-хозяйственных, технических и других мероприятий.

На осушаемых и других землях применяют культурно-техническую мелиорацию: очистку земли от камней, деревьев, кочек и мха и др. Для окультуривания почв проводят химическую мелиорацию — известкование кислых почв, внесение удобрений. С целью повышения продуктивности агроценоза используются новые технологии выращивания растений, внедряются вновь созданные урожайные сорта.

Отличие от биогеоценоза:

1. направление отбора - искусственный (в БГЦ естественный – выживают наиболее приспособленные.)

2. источник энергии – солнце + удобрения + корма (в БГЦ солнце.)

3. круговорот элементов – не осуществляется т. к. часть элементов выносится с удобрениями (в БГЦ полный возврат элементов в почву)

4. видовое разнообразие – преобладает 1-2 вида (в БГЦ высокое)

5. саморегуляция устойчивость – нет саморегуляции, существует пока поддерживается человеком (в БГЦ саморегуляция идет, устойчивая)

6. продуктивность количество биомассы на единицу площади – больше (в БГЦ меньше)

 

 

БИЛЕТ№ 22

ВОПРОС 1.

Явление сцепленного наследования изучено Т. Морганом, который установил, что материальной основой сцепления является хромосома (хромосомная теория наследственности). Суть сцепленного наследования подробно описана в учебниках, поэтому отметим только, что при анализе такого явления, как нарушение сцепления, происходящего в результате перекреста хромосом, или кроссинговера, необходимо обратить особое внимание на биологический смысл этого феномена. При перекресте хромосом происходит обмен идентичными участками между гомологичными хромосомами, а значит, возникают новые комбинации генов. Этот процесс лежит в основе комбинативной изменчивости что обусловлено различными взаимодействиями генов (как аллельных, так и неаллельных).

Обсуждая вопрос о природе изменчивости живых организмов, построим некоторую общую схему, иллюстрирующую разные формы этого явления:

Изменчивость делится на: ненаследственная (фенотипическая или модификационная)

наследственная (генотипическая) делится на: комбинативную

мутационную

Модификационная изменчивость - это ненаследуемое изменение признаков (фенотипа) особи в определенных пределах под действием внешних факторов. Явление модификационной изменчивости хорошо иллюстрируется опытами французских исследователей: проросток одуванчика разрезали вдоль и высаживали половинки в разных условиях - в теплице и в открытом грунте высокогорного района. К концу сезона выросли совершенно непохожие друг на друга растения. Растение, развивавшееся в теплице, было высоким с большими сочными листьями и крупным цветком, а одуванчик, выросший в горах, был приземистым с прикорневой розеткой мелких листьев и маленьким цветком. Однако семена обоих растений, посаженные в одинаковые условия, дали потомков, не отличавшихся по внешнему виду. Отсюда следует, что в ходе индивидуального развития организм может существенно изменяться под влиянием внешней среды, однако его генотип при этом остается неизменным. Следовательно, подобные фенотипические изменения не наследуются.

Изменения фенотипа под воздействием факторов внешней среды могут происходить в ограниченном диапазоне (широком или узком), который определяется генотипом. Диапазон, в пределах которого признак может варьировать, носит название нормы реакции. Так показатели, использующиеся в животноводстве - удойность коров и жирность их молока, - могут варьировать между особями, но в разных пределах (удойность имеет относительно большой

 

ВОПРОС 2.

Биосфера. Совокупность всех биогеоценозов (экосистем) Земли представляет собой большую экологическую систему — биосферу. Биогеоценоз является элементарной структурой биосферы. Биосфера состоит из живого и неживого компонентов. Совокупность всех живых организмов нашей планеты образует живое вещество биосферы. Основная масса живых организмов сосредоточена на границе трех геологических оболочек Земли: газообразной (атмосфера), жидкой (гидросфера) и твердой (литосфера). К неживым компонентам относится та часть атмосферы, литосферы и гидросферы, которая связана сложными процессами миграции веществ и энергии с живым веществом биосферы. Границы жизни на планете являются одновременно и границами биосферы. Таким образом, биосфера — часть геологических оболочек Земли, заселенная живыми организмами.

Термин «биосфера» ввела 1875 г. геолог Э.Зюсс. Однако широкое распространение этот термин получил лишь после того, как на исходе 20-х годов нашего века было развито учение о биосфере как об особой оболочке нашей планеты. Создатель этого учения — отечественный естествоиспытатель В.И.Вернадский. Он показал, что биосфера отличается от других сфер Земли тем, что в ее пределах проявляется геологическая деятельность всех живых организмов. Живые организмы, преобразуя солнечную энергию, являются мощной силой, влияющей на геологические процессы. Специфическая черта биосферы как особой оболочки Земли — непрерывно происходящий в ней круговорот веществ, регулируемый деятельностью живых организмов. Так как биосфера получает энергию извне — от Солнца, она является открытой системой. Начальный этап миграции веществ и энергии в биосфере — преобразование энергии солнечного излучения автотрофными организмами в процессе фотосинтеза. Поэтому, согласно учению В.И.Вернадского, живые организмы, обитающие на Земле, представляют собой сложную систему преобразования энергии солнечных лучей в энергию геохимических процессов. Живые организмы, регулируя круговорот веществ, служат мощным геологическим фактором, преобразующим поверхность нашей планеты.

Биомасса суши. На суше Земли от полюсов к экватору биомасса постепенно увеличивается. Наибольшее сгущение и многообразие растений имеет место во влажных тропических лесах. Число и разнообразие видов животных зависит от растительной массы и тоже увеличивается к экватору. Цепи питания, переплетаясь, образуют сложную сеть передачи химических элементов и энергии. Между организмами идет жесточайшая борьба за обладание пространством, пищей, светом, кислородом.

Биомасса почвы. Как среда жизни почва имеет ряд специфических особенностей: большую плотность, малую амплитуду колебаний температуры, она непрозрачна, бедна кислородом, содержит воду, в которой растворены минеральные вещества. Обитатели почвы представляют своеобразный биоценотический комплекс. В почве много бактерий (до 500 т/га), разлагающих органическое вещество грибов, в поверхностных слоях живут зеленые и сине-зеленые водоросли, обогащающие почву кислородом в процессе фотосинтеза. Толща почвы пронизана корнями высших растений, богата простейшими — амебами, инфузориями и др. В почве, кроме того, живут муравьи, клещи, кроты, сурки, суслики и др. животные.Все обитатели почвы производят большую почвообразовательную работу, участвуют в создании плодородия почвы. Многие почвенные организмы принимают участие в общем круговороте веществ.

Биомасса Мирового океана. Гидросфера Земли, или Мировой океан, занимает более 2/3 поверхности планеты. Вода обладает особыми свойствами, важными для жизни организмов. Ее высокая теплоемкость делает относительно равномерной температуру океанов и морей, смягчая крайние изменения температуры зимой и летом. Физические свойства и химический состав вод океана весьма постоянны и создают среду, благоприятную для жизни. На долю растений океана приходится около 1/3 фотосинтеза на всей планете. Взвешенные в воде одноклеточные водоросли и мельчайшие животные образуют планктон. Планктон имеет преимущественное значение в питании животного мира океана.

В океане, кроме планктона и свободноплавающих животных, много организмов, прикрепленных ко дну и ползающих по нему. Обитателей дна называют бентосом.

В Мировом океане живой биомассы в тысячу раз меньше, чем на суше. Во всех частях Мирового океана имеются микроорганизмы, разлагающие органические вещества до минеральных.

Функции живого вещества. Живое вещество выполняет в биосфере следующие биогеохимические функции: газовую — поглощает и выделяет газы; окислительно-восста-новительную — окисляет, например, углеводы до углекислого газа и восстанавливает его до углеводов; концентрационную — организмы-концентраторы накапливают в своих телах и скелетах азот, фосфор, кремний, кальций, магний. В результате выполнения этих функций живое вещество биосферы из минеральной основы создает природные воды и почвы, оно создало в прошлом и поддерживает в равновесном состоянии атмосферу. При участии живого вещества идет процесс выветривания, и горные породы включаются в геохимические процессы.

Газовая и окислительно-восстановительная функции живого вещества тесно связаны с процессами фотосинтеза и дыхания. В результате биосинтеза органических веществ автотрофными организмами было извлечено из древней атмосферы огромное количество углекислого газа. По мере увеличения биомассы зеленых растений изменялся газовый состав атмосферы — уменьшалось содержание углекислого газа и увеличивалась концентрация кислорода. Весь кислород атмосферы образован в результате процессов жизнедеятельности автотрофных организмов. Живое вещество качественно изменило газовый состав атмосферы —геологической оболочки Земли. В свою очередь, кислород используется организмами для процесса дыхания, в результате чего в атмосферу вновь поступает углекислый газ. Таким образом, живые организмы создали в прошлом и поддерживают миллионы лет атмосферу нашей планеты. Увеличение концентрации кислорода в атмосфере планеты повлияло на скорость и интенсивность окислительно-восстановительных реакций в литосфере.

Многие микроорганизмы непосредственно участвуют в окислении железа, что приводит к образованию осадочных железных руд, или восстанавливают сульфаты, образуя биогенные месторождения серы.

Несмотря на то что в состав живых организмов входят те же химические элементы, соединения которых образуют атмосферу, гидросферу и литосферу, организмы не повторяют полностью химический состав среды. Живое вещество, активно выполняя концентрационную функцию, выбирает из среды обитания те химические элементы и в том количестве, которые ему необходимы. Благодаря осуществлению концентрационной функции живые организмы создали многие осадочные породы, например залежи мела и известняка. Таким образом, живое вещество биосферы, выполняя геохимические функции (газовую, концентрационную, окислительно-восстановительную), создает и поддерживает компоненты биосферы.

 

 

БИЛЕТ№23

ВОПРОС 1.

Модификационная изменчивость. Разнообразие фенотипов, возникающих у организмов под влиянием условий среды, называют модификационной изменчивостью. Спектр модификационной изменчивости определяется нормой реакции. Примером модификационной изменчивости может служить изменчивость генетически сходных (идентичных) особей. Многие виды растений, например картофель, обычно размножаются вегетативно, в этом случае все потомки обладают одинаковым генотипом. Многие растения существенно отличаются по высоте, кустистости, количеству и форме клубней и другим показателям. Причина этой очень широкой модификационной изменчивости состоит в разнообразном влиянии среды, которое испытывает каждый саженец картофеля. Модификационные изменения (модификации) не связаны с изменением генов. Однако модификации могут сильно влиять на их работу, а также на активность ферментов. Хорошо известно, что при низких температурах ферменты гораздо менее активны, что не может не влиять на рост растений и микроорганизмов, развитие животных. Следовательно, действие факторов среды очень существенно для протекания многих физиологических и формообразовательных процессов. Однако эти воздействия, как правило, не влияют на свойства генов, которые передаются в следующие поколения без принципиальных изменений.Именно поэтому модификации не наследуются. Это важное обобщение сделал крупный немецкий биолог А.Вейсман.

Модификационная изменчивость встречается у всех организмов, независимо от способа размножения, видовой принадлежности и разнообразия условий окружающей среды.

В некоторых случаях модификации не имеют приспособительного значения, а, напротив, представляют собой аномалии и даже уродства. Такие модификации получили название морозов. Морфозы представляют собой результат резкого отклонения индивидуального развития организма от нормального пути. Например, обработка личинок и куколок дрозофилы высокими температурами приводит к появлению большого количества мух с измененной формой крыльев и туловища.

Статистические закономерности модификацнонной изменчивости. Если мы измерим длину и ширину листьев, взятых с одного дерева, то увидим, что размеры их варьируются в довольно широких пределах. Эта изменчивость — результат разных условий развития листьев на ветвях дерева; генотип их одинаков. Если некоторое количество листьев расположить в порядке нарастания, или убывания признака то получится ряд изменчивости данного признака, который носит название вариационного ряда, слагающегося из отдельных вариант. Варианта, следовательно, есть единичное выражение развития признака. Если мы подсчитаем число отдельных вариант в вариационном ряду, то увидим, что частота встречаемости их неодинакова. Чаще всего встречаются средние члены вариационного ряда, а к обоим концам ряда частота встречаемости будет снижаться. Чем однообразнее условия развития, тем меньше выражена модификационная изменчивость, тем короче будет вариационный ряд. Чем разнообразнее условия среды, тем шире модификационная изменчивость. Размах вариации зависит и от генотипа.

Норма реакции. Итак, признаки развиваются в результате взаимодействия генотипа и среды. Один и тот же генотип может в разных условиях среды давать разное значение признака. Пределы, в которых возможно изменение признаков у данного генотипа, называют нормой реакции.

 

ВОПРОС 2.

Круговорот веществ – необходимое условие существования биосферы. Звенья биологического круговорота веществ:

1. создание растениями в процессе фотосинтеза органических веществ из неорганических (первичная продукция.)

2. превращение животными первичной продукции во вторичную (животную.)

3. разрушение первичной и вторичной продукции бактериями и грибами. Включение в биологический круговорот различных химических элементов (кислород, углерод, азот.) и веществ (воды), переход их из внешней среды в организмы, перемещение по цепям питания, возврат во внешнею среду. Многократное использование веществ в круговороте.

Постоянный приток энергии в биосферу – необходимое условие круговорота веществ. Солнце – основной источник энергии, используемый в круговороте веществ. Роль растений в поглощении и использовании световой энергии солнца, в преобразовании ее в энергию химических связей. Использование животными, грибами, значительной частью бактерий органических веществ и заключенной в них энергии. Освобождение энергии, заключенной в органических веществах, в процессе дыхания (окисления), брожение и гниения.

Круговорот минеральных элементов питания.Биогенная миграция атомов – круговорот в природе атомов химических элементов.В биосфере вода и элементы питания совершают непрерывный круговорот: из водоема или почвы в растение, далее в животное, поедающее это растение, обратно в водоем или почву, пройдя через редуценты, и снова в растение.

Живым организмам необходимы в сравнительно больших количествах шесть элементов: углерод, водород, кислород, азот, фосфор и сера. Углерод поступает в сообщество главным образом в результате поглощения растениями из воздуха двуокиси углерода и использования ее в процессе фотосинтеза для создания сложных органических веществ. Затем этот углерод может передаваться растительноядным и плотоядным животным, однако в конечном итоге большая часть содержащегося в пище углерода возвращается в воздух в виде двуокиси углерода, образующейся в процессе дыхания.

Другие элементы питания, такие, как сера и фосфор, содержатся в горных породах в виде неорганических соединений. В результате эрозии и выветривания эти вещества поступают в почву, откуда они поглощаются растениями и таким образом попадают в сообщество организмов. В конечном итоге организмы-редуценты возвращают их в почву. Неорганические вещества могут совершать круговорот в пределах наземной экосистемы или же смываются дождями в реки, озера и океаны. Здесь их поглощают водные растения, и тогда они становятся на некоторое время частью водной пищевой сети, но рано или поздно они оседают на морское дно и в конце концов превращаются в горную породу. Это медленное, но явно одностороннее перемещение биогенных элементов из почвы на морское дно может быть ускорено эрозией почвы. Поскольку образование почвы из материнской породы протекает очень медленно, возмещение элементов питания происходит не так быстро, как их потери; поэтому продуктивность экосистемы, получающей элементы питания из почвы, снижается.

Азот и кислород, необходимые организмам, в изобилии содержатся в воздухе. Однако, хотя содержание газообразного азота в атмосфере достигает 78%, большинство зеленых растений не может непосредственно использовать его в этой форме. Азот сначала должен быть «связан» (переведен в такую форму, в которой растения могли бы его поглощать); это делают некоторые бактерии, обитающие в почве или в водоемах. Таким образом, растения добывают азот из почвы или из воды. В конце концов редуценты вновь переводят азот в газообразную форму и возвращают его в атмосферу. Следовательно, круговорот азота сочетает в себе черты «атмосферного» круговорота, подобного углеродному, и «осадочного», подобного круговоротам неорганических компонентов почвы.

Круговороты элементов питания иногда протекают быстро, как в степях, где большая часть растительности ежегодно отмирает. Редуценты разлагают мертвые растения, в результате чего многие из содержащихся в них элементов питания становятся доступными новым растениям в следующем году. В других случаях элементы питания остаются связанными в мертвых телах организмов на протяжении миллионов лет. Например, остатки морских организмов, опустившись на дно океана, образовали там нефтеносные отложения или другие осадочные породы. Прошли миллионы лет, прежде чем мы начали добывать эти вещества в качестве ископаемого топлива или же пока движения земной коры не вывели их на поверхность в составе пород, которые, постепенно подвергаясь эрозии, высвобождают заключенные в них элементы питания.

Превращение энергии в биосфере. Солнце служит изначальным источником энергии почти для всего живого на Земле. Энергия солнечного света напрямую усваивается растениями, запасается в химических связях органических соединений, а затем перераспределяется через пищевые отношения в биоценозах. Высвобождение заключенной в пище энергии происходит в процессе дыхания. Для дыхания необходим кислород, а в результате этого процесса образуется энергия, которая используется организмом для своей жизнедеятельности. Разрушение использованных или отмерших остатков биомассы осуществляют разнообразные организмы, относящиеся к числу сапрофитов (гетеротрофные бактерии, грибы и т.д.). Они разлагают остатки биомассы на неорганические составные части (минерализация), способствуя вовлечению в биологический круговорот соединений и химических элементов, что обеспечивает очередные циклы продуцирования органического вещества. Содержащаяся в пище энергия не совершает круговорота, а постепенно превращается в тепловую энергию. Вследствие непрерывно происходящих потерь энергии необходимо, чтобы она столь же непрерывно поступала в экосистемы в виде энергии солнца.

 

БИЛЕТ№24

ВОПРОС 1.

Мутации — это редкие, случайно возникшие стойкие изменения генотипа, затрагивающие весь геном, целые хромосомы, их части или отдельные гены. Они могут быть полезны, вредны и нейтральны для организмов.

Геномные мутации. Геномными называют мутации, приводящие к изменению числа хромосом. Наиболее распространенным типом геномных мутаций является полиплоидия — кратное изменение числа хромосом. У полиплойдных организмов гаплоидный (п) набор хромосом в клетках повторяется не 2 раза, как у диплоидов, а значительно больше —до 10-100 раз. Возникновение полиплоидов связано с нарушением митоза или мейоза. В частности, не расхождение гомологичных хромосом в мейозе приводит к формированию гамет с увеличенным числом хромосом. У диплоидных организмов в результате такого процесса могут образоваться диплоидные (2п) гаметы. Полиплоидные виды растений довольно часто обнаруживаются в природе; у животных полиплоидия редка. Некоторые полиплоидные растения характеризуются более мощным ростом, крупными размерами и другими свойствами, что делает их ценными для генетико-селекционных работ.

Хромосомные мутации — это перестройки хромосом. Структурные изменения хромосом Многие из хромосомных мутаций доступны изучению под микроскопом. Пути изменения структуры хромосом разнообразны. Участок хромосомы может удвоиться или, наоборот, выпасть, он может переместиться на другое место и т.д. Хромосомные мутации — результат отклонений в нормальном течении процессов клеточного деления. Основная причина возникновения различных хромосомных мутаций — разрывы хромосом и хроматид и воссоединения в новых сочетаниях.

Генные мутации. Генные, или точечные, мутации — наиболее часто встречающийся класс мутационных изменений. Генные мутации связаны с изменением последовательности нуклеотидов в молекуле ДНК. Они приводят к тому, что мутантный ген перестает работать, и тогда либо не образуются соответствующие РНК и белок, либо синтезируется белок с измененными свойствами, что проявляется в изменении каких-либо признаков организма. Вследствие генных мутаций образуются новые аллели. Это имеет важное эволюционное значение.

Поскольку мутации — редкие события, обычно на 10-100 тыс. экземпляров какого-либо гена, например гена гемоглобина, возникает одна новая мутация. Хотя мутационные события происходят редко, благодаря постоянству естественного мутационного процесса и накапливанию мутаций в генотипах различных организмов содержится значительное количество генных мутаций.

Генные мутации следует рассматривать как результат «ошибок» возникающих в процессе удвоения молекул ДНК. Изучение мутационного процесса показало, что изменяться (мутировать) могут все гены, контролирующее развитие любого признака организма. Большинство генных мутаций вредно для организма, но некоторые из них в определенных условиях жизни могут становиться полезными.

Генеративные и соматические мутации. Мутации могут возникать в любых клетках организма. Те из них, которые возникают в клетках половых зачатков и зрелых половых клетках, получили название генеративных. Мутации, возникающие во всех клетках тела, за исключением половых, называют соматическими.

Хотя механизмы возникновения обоих типов мутаций могут быть подобны, их вклад в наследование признаков и, следовательно, эволюционное значение совершенно различны. Соматические мутации проявляются мозаично, т.е. часть клеток данной ткани или органа отличается от остальных по каким-либо свойствам. Чем раньше в ходе индивидуального развития возникает соматическая мутация, тем большим оказывается участок тела, несущий мутантный признак (измененную окраску, форму или другое свойство). У растений, использующих бесполое или вегетативное размножение, соматические мутации могут иметь важное значение, особенно для селекции, поскольку вновь возникшая соматическая мутация может быть очень широко размножена и в этом отношении она становится подобной генеративной мутации. В ряде случаев новые сорта плодовых и ягодных растений были получены на основе использования соматических мутаций.

Основные положения мутационной теории. Основные положения мутационной теории формулируются следующим образом:

— мутации — это дискретные изменения наследственного материала;

— мутации — редкие события;

— мутации могут устойчиво передаваться из поколения в поколение;

— мутации возникают не направленно (спонтанно) и, в отличие от модификаций, не образуют непрерывных рядов изменчивости;

— мутации могут быть вредными, полезными и нейтральными.

 

ВОПРОС 2.

Загрязнение биосферы и здоровье человека. В настоящее время хозяйственная деятельность человека все чаще становится основным источником загрязнения биосферы. В природную среду во все больших количествах попадают газообразные, жидкие и твердые отходы производств. Различные химические вещества, находящиеся в отходах, попадая в почву, воздух или воду, переходят по экологическим звеньям из одной цепи в другую, попадая в конце концов в организм человека.

Неумеренное применение пестицидов и минеральных удобрений привело к тому, что они в большом количестве оказались в грунтовых водах, почве и явились причиной загрязнения продуктов питания. Нарастание применения пестицидов совпадает с учащением легочных, кишечных, нервных заболеваний и у детей, и у взрослых. Научно-технический прогресс стал причиной шумового загрязнения среды. Как показали исследования, неслышимые звуки также могут оказать вредное воздействие на здоровье человека. Так, инфразвуки особое влияние оказывают на психическую сферу человека: поражаются все виды интеллектуальной деятельности, ухудшается настроение, иногда появляется ощущение растерянности, тревоги, испуга, страха, а при высокой интенсивности — чувство слабости, как после сильного нервного потрясения. Шум коварен, его вредное воздействие на организм совершается незримо, незаметно. Нарушения в организме обнаруживаются не сразу. К тому же организм человека против шума практически беззащитен. В настоящее время врачи говорят о шумовой болезни, развивающейся в результате воздействия шума с преимущественным поражением слуха и нервной системы.

Стратегия развития промышленности и энергетики и борьба с загрязнениями. Стратегическое направление развития промышленности — переход на новые вещества и технологии, позволяющие уменьшить выбросы загрязнителей. Общее правило заключается в том, что предотвратить загрязнение легче, чем ликвидировать его последствия. Для этого в промышленности применяются системы очистки сточных вод и газоулавливающие установки, на выхлопных трубах автомобилей устанавливаются специальные фильтры. Уменьшению загрязнения среды способствует переход на новые, более «чистые» источники энергии. Например, сжигание на теплоэлектростанциях природного газа вместо угля позволяет резко снизить выбросы диоксида серы. Для осуществления этих мер на развитие новых технологий требуется направлять значительные денежные средства. Этому способствует принятие специальных законов, требующих уменьшить загрязнение. Один из наиболее строгих законов об охране атмосферы, принятый в США, позволил существенно уменьшить выбросы промышленных предприятий и загрязнение воздуха в городах. Усовершенствование системы очистки стоков привело к постепенному очищению сильно загрязненных, безжизненных водоемов в Европе.

Во многих случаях загрязнение атмосферы и водоемов затрагивает интересы нескольких или даже всех стран. Для уменьшения его последствий необходимо международное сотрудничество. Пример успеха такого сотрудничества — соглашение о снижении производства хлорфторуглеродов, в котором участвуют большинство государств мира, в том числе и СНГ. Стратегия развития сельского хозяйства. В настоящее время объем мировой сельскохозяйственной продукции растет быстрее, чем население. Однако этот рост сопровождается существенными издержками: сведением лесов для расширения посевных площадей, засолением и эрозией почв, загрязнением среды удобрениями и ядохимикатами. Стратегическое направление в развитии сельского хозяйства — повышение урожайности, что позволит обеспечить растущее население продовольствием при сохранении прежних посевных площадей. Путей повышения урожайности несколько. Это, например, расширение орошения. При недостатке водных ресурсов необходимо внедрять капельное орошение, при котором вода не расходуется зря, а подается прямо к корням растений по трубам. Другой путь — выведение новых сортов растений. Именно получение новых сортов зерновых, более продуктивных и устойчивых к болезням, дало в последние десятилетия основной прирост сельскохозяйственной продукции (этот успех селекционеров был назван «зеленой революцией»). Урожайность повышается при правильных севооборотах, а также при переходе от монокультуры (выращивания одного вида) к смешанному культивированию (например, совместному выращиванию зерновых и бобовых). Наконец, важный путь увеличения урожайности — создание интегрированной системы защиты растений, которая наряду с химическими методами борьбы с вредителями включает правильные севообороты, приемы обработки почвы, различные биологические методы.

Сохранение природных сообществ. Сохранение природного разнообразия — основа благосостояния человечества в будущем. Разнообразие природных сообществ обеспечивает устойчивость в функционировании биосферы. Сохранение природных сообществ важно не только для материального благополучия, но и просто для полноценного существования человека.