Модификационная изменчивость моего организма под действием диеты

Тема урока: Изменчивость организмов.

Модификационная (фенотипическая) изменчивость

Выделяют 2 формы изменчивости: генотипическую (наследственную) и фенотипическую (модификационную, ненаследственную).

Модификационная изменчивость и её характеристика

Модификационная – изменчивость организмов, возникающая под влияни­ем факторов внешней среды и не затрагивающая геноти­па

Модификационная изменчивость называется фенотипической, так как под влиянием внешней среды происходит изменение фенотипа, генотип остается неизменным

Клас­сическим примером изменчивости признаков под действи­ем факторов внешней среды является разнолистность у стрелолиста: погруженные в воду листья имеют лентовид­ную форму, листья, плавающие на поверхности воды, — округлую, а находящиеся в воздушной среде — стрело­видные. Если же все растение оказывается полностью по­груженным в воду, его листья только лентовидные. Под действием ультрафиолетовых лучей у людей (если они не альбиносы) возникает загар в результате накопления в коже меланина, причем у разных людей интенсивность окраски кожи различна. Если же человек лишен действия ультрафиолетовых лучей, изменение окраски кожи у него не происходит.

– Модификационная изменчивость носит групповой ха­рактер, то есть все особи одного вида, помещенные в одинаковые условия, приобретают сходные признаки. Например, если сосуд с эвгленами зелеными поместить в темноту, то все они утратят зеленую окраску, если же вновь выставить на свет — все опять станут зелеными.

– Модификационная изменчивость является определенной, то есть всегда соответствует факторам, которые ее вызыва­ют. Так, ультрафиолетовые лучи изменяют окраску кожи человека (усиливается синтез пигмента), но не изменяют пропорций тела, а усиленные физические нагрузки влия­ют на степень развития мышц, но не на цвет кожи.

Однако не следует забывать, что развитие любого при­знака определяется прежде всего генотипом. Вместе с тем гены определяют возможность развития признака, а его появление и степень выраженности во многом определя­ется условиями среды. Так, зеленая окраска растений зависит не только от генов, контролирующих синтез хлоро­филла, но и от наличия света. При отсутствии света хло­рофилл не синтезируется.

Свойства модификационной изменчивости

1. НЕ ПЕРЕДАЕТСЯ ПО НАСЛЕДСТВУ                                                                                                                           2. ВОЗНИКАЕТ ПОСТЕПЕННО, ИМЕЕТ ПЕРЕХОДНЫЕ ФОРМЫ                                                                            3. НОСИТ ГРУППОВОЙ ХАРАКТЕР                                                                                                                           4. ВОЗНИКАЕТ НАПРАВЛЕННО, ЯВЛЯЕТСЯ ОПРЕДЕЛЕННОЙ                                                                              5. ЯВЛЯЕТСЯ ОБРАТИМОЙ

Задача. От чего зависит, чем определяется норма реакции.

Если в тренажерный зал придут ребята одного возраста со слабо развитой мускулатурой и под руководством тренера начнут усиленно заниматься наращиванием мускулатуры, как вы думаете, по истечению достаточного времени все ли они смогут выполнить норму первого разряда?

Нет.            Потому что существует понятие норма реакции определяется еще и генотипом.

Норма реакции признака

Несмотря на то, что под влиянием условий внешней сре­ды признаки могут изменяться, эта изменчивость не бес­предельна. Даже в случае нормального развития признака степень его выраженности различна. Так, на поле пшеницы можно обнаружить растения с крупными колосьями (20 см и более) и очень мелкими (3—4 см). Это объясняется тем, что генотип определяет границы, в пределах которых мо­жет происходить изменение признака.

Степень варьирова­ния признака, или пределы модификационной изменчиво­сти, называют нормой реакции.

Норма реакции зависит от генов, а условия среды определяют, какой вариант в пределах этой нормы реакции реализуется в данном случае.

Как правило, количествен­ные признаки (урожайность, размер листьев, удойность коров, яйценоскость кур), имеют более широкую норму реакции, нежели качественные признаки (цвет шерсти, жир­ность молока, строение цветка, группа крови), имеющие узкую норму реакции.

Каждое конкретное значение изучаемого признака на­зывают вариантой и обозначают буквой v.

Частота встречаемости отдельных вариант обознача­ется буквой р.

При изучении изменчивости признака в выборочной совокупности составляется вариационный ряд, в котором особи располагаются по возрастанию показателя изучае­мого признака.

На основании вариационного ряда строится вариаци­онная кривая — графическое отображение частоты встре­чаемости каждой варианты.

Например, если взять 100 колосьев пшеницы (n) и подсчитать число колосков в колосе, то это количество будет от 14 до 20 — это численное значение вариант (v).

Вариационный ряд: V = 14 15 16 17 18 19 20

Частота встречаемости каждой варианты: р = 2 7 22 32 24 8 5

Легко посчитать и сред­нее значение данного при­знака.

Для данного признака среднее значение равно 17,13.

Итак, необходимо еще раз подчеркнуть:

— норма реакции организма определяется генотипом,                                                                                                   — различные признаки отличаются пределами измен­чивости под влиянием внешних условий;                                – модификационная изменчивость в естественных ус­ловиях носит приспособительный характер.

Лабораторная работа: «ПОСТРОЕНИЕ ВАРИАЦИОННОГО РЯДА и ОПРЕДЕЛЕНИЕ НОРМЫ РЕАКЦИИ»

ЦЕЛЬ: научиться измерять длину листьев, производить сортировку; определять норму реакции и вычислять среднюю величину признака по формуле.

ОБОРУДОВАНИЕ:листья лаврого дерева,сантиметровая лента, линейка, технологичная карта.

Инструктивная карточка. ХОД РАБОТЫ:

1. Произвести сортировку листьев – расположите листья одного растения ( лаврового дерева) в порядке нарастания их длины. (не менее 20 листьев)
2. Измерьте длину листьев, полученные данные запишите в тетради. Подсчитайте число листьев, имеющих одинаковую длину, внесите данные в таблицу: (по возрастанию от самого маленького до максимально большого)

3. Определите значение

Min значение =

Max значение =

Среднее значение =

4. Определите границы нормы реакции : N= max – min
5. Построить вариационную кривую

Сделайте вывод, включив в него ответы на вопросы:

1. Какая длина листа встречается часто, какая редко?

1. Почему наиболее часто встречаются листья со средним показателем признака?

Существует два вида изменчивости : ненаследственная и наследственная. Вспомнить материал по изменчивости вы можете с помощью материала параграфа 38 — 39 и презентации https://nsportal.ru/shkola/biologiya/library/2014/09/29/nasledstvennaya-izmenchivost

В помощь для изучения материала и выполнения работы, рекомендую использовать презентацию https://www.myshared.ru/slide/1143658

При желании можете обратиться к материалу по ссылке Рекомендую закрепить знания, пройдя тест в конце предлагаемого материала на сайте.

ЗАДАНИЕ

1. Выполнить лабораторную работу
2. Составить сравнительную таблицу: ненаследственная (модификационая) и наследственная (комбинативная и мутационная) изменчивость.

Изменчивость – это совокупность различий по тому или иному признаку между особями одного вида или популяции. Это свойство живых организмов наряду с наследственностью является предметом изучения генетики. Морфологические различия популяций поразили Дарвина и Уоллеса во время их путешествий и стали одной из причин возникновения теории эволюции. Предсказуемый результат передачи признаков по наследству послужил основой для работ Менделя.

Дарвин сделал вывод, что признаки могут развиваться в результате отбора, а Мендель объяснил механизм, благодаря которому ведётся этот отбор. Но не все признаки передаются по наследству.

Одни из них формируются только под влиянием генотипа и наследуются, на другие оказывает влияние внешняя и внутренняя среда, как в том случае про сиамских кошек и гималайских кроликов, который мы рассматривали в уроке про отклонения от законов Менделя. По причине зависимости и независимости от генотипа изменчивость делят на группы (рис.1).

Рис. 1. Виды изменчивости в живой природе

Модификационная изменчивость

Модификация (от лат. modificatio) – видоизменение, преобразование, усовершенствование. Модификационная изменчивость, или фенотипическая пластичность (по Дарвину – определённая изменчивость) – это изменение фенотипа в пределах нормы реакции под влиянием окружающей среды, не затрагивающее генотипа.

Лучшие примеры – различия однояйцовых близнецов, особенно живущих в разных условиях и выращивание деревьев в форме бонсай. Рассмотрим другие примеры.

Бонсай
Изображение BUMIPUTRA с сайта Pixabay

Вегетативное размножение растений

При вегетативном размножении картофеля всё поколение генотипически полностью идентично. Но растения не будут одинаковыми. Отличия в кустистости, в величине клубней и др. будут присутствовать между всеми клонами.

Это будет вызвано разным количеством влаги, света, качеством почвы, сорняками, вредителями и др. От года к году все эти признаки меняются. В один год клубни крупные, в другой мелкие, а генотип тот же.

Изображение Jing с сайта Pixabay

Листья разной формы у стрелолиста

Другой распространённый и часто встречающийся в итоговых заданиях ОГЭ и ЕГЭ пример – листья стрелолиста (Sagittaria), рода водных растений семейства Частуховые. У этого растения развивается 3 типа листьев, которые зависят от среды:

• под водой;
• на поверхности воды;
• на воздухе.

Если посадить стрелолист на мелководье, то и листья у него будут одинаковыми.

Стрелолист обыкновенный (Sagittaria sagittifolia L)
Ботаническая иллюстрация К. А. М. Линдмана из книги Bilder ur Nordens Flora, 1917—1926

Влияние температуры на окраску цветков примулы

Ещё один пример классической реакции растений на условия окружающей среды. Если одно из растений примулы с красными цветками перенести в оранжерею с постоянной температурой 30-35°С и повышенной влажностью, то новые цветки окажутся белыми.

Если эти растения вновь вернуть в условия низких температур (15-20°С), то они опять начинают цвести красными цветками. Очевидно, что сам по себе цвет не наследуется, а наблюдается его изменчивость в зависимости от изменения окружающей среды.

Primula varia
Автор: TeunSpaans

Изменение окраски гималайского кролика

У этой породы кроликов глаза лишены пигмента, поэтому кажутся красными. Они имеют белую окраску шерсти, но остаются окрашенными ноги, хвост и уши. Оказалось, что для проявления этого признака необходимо строгое соответствие генотипа и условий среды. Генотип этих кроликов таков, что пигмент начинает вырабатываться в условиях пониженных температур. Поэтому в тех участках тела кроликов, где кровоснабжение понижено, может развиваться чёрный пигмент (меланин).

Если выбрить волосы и переместить кролика в условия пониженной температуры, то вновь выращенные волосы окажутся пигментированными. В данном случае наследуется не окраска, а способность синтезировать пигмент в зависимости от температурных условий.

Гималайский кролик (Himalayan rabbit).
Изображение RoboMichalec с сайта Pixabay

Зависимость яйценоскости несушек от длины светового дня

Длина светового дня влияет на выработку половых гормонов у кур. Поэтому для кур-несушек увеличивают световой день за счёт искусственного освещения.

Влияние условий среды на число эритроцитов у человека

У людей, которые живут в горах и у людей, которые живут ближе к морю, разное число эритроцитов в крови. При смене места жительства может наблюдаться изменение этого числа. В 1 мл крови у людей, живущих в местностях на уровне моря, эритроцитов в два раза меньше, чем у людей, живущих высоко в горах. Число эритроцитов растет пропорционально подъему над уровнем моря.

Это явление можно легко объяснить, если вспомнить, что главная функция эритроцитов – перенос кислорода от легких к тканям и углекислого газа от тканей к легким. Увеличение высоты над уровнем моря сопровождается снижением концентрации кислорода в атмосфере, что приводит к недостатку его в тканях. Поэтому насущная потребность в кислороде заставляет человека и животных адаптивно реагировать путем изменения числа эритроцитов на разных высотах. Эта реакция обратима: переезд в места, расположенные на уровне моря, приводит к снижению числа эритроцитов в крови.

Автор загрузки: CFCF

Изменчивость и норма реакции

Но могут ли признаки изменяться бесконечно? Меланин у человека вырабатывается в коже под действием солнечных лучей. Значит ли это, что мы можем превратиться в негров? А развивая скорость бега, сможем ли мы когда-либо обогнать несущегося гепарда?

В генотипе заложен предел изменчивости признака, он называется нормой реакции. Характеристики изменяются в разной степени, в зависимости от типа признаков норма реакции бывает узкой и широкой.

Формирование фенотипа происходит в результате онтогенеза при взаимодействии генотипа и окружающей среды. Одна из центральных проблем генетики – выяснение соотносительной роли генотипа и условий среды обитания. Например, развитие таких человеческих качеств как индивидуальность, интеллект, темперамент зависят как от наследственных, так и от средовых факторов.

Признаки модификационной изменчивости. Таб. 1.

Статистический анализ модификационной изменчивости

Количественные признаки поддаются определённому описанию. Для характеристики степени их изменчивости, нахождения среднего, максимального и минимального значений, применяют статистические методы – построение вариационного ряда и вариационной кривой. При этом каждый признак и его конкретное число называется вариантой. Чтобы охарактеризовать количественный признак, нужно произвести измерения и составить вариационный ряд.

Вариационный ряд – это свойство организма, которое состоит из отдельных видоизменений, расположенных в порядке увеличения или уменьшения. Для объективной характеристики изменчивости признака нужно исследовать большое количество особей, статистические закономерности выводятся только при наличии большого количества данных.

Алгоритм построения вариационного ряда и установления предела изменчивости на примере размера семян тыквы:

1. Измеряем длину семян от вершины до основания. Все данные записываем в ряд.

2. Располагаем данные числа в порядке увеличения.

3. Определяем частоту встречаемости каждой варианты. Для этого подсчитываем количество семян, имеющих одинаковую длину, и записываем данные в таблицу.

4. На основании данных таблицы строим вариационную кривую: по оси абцисс отмечаем длину семян, по оси ординат – частоту встречаемости. Соединяем точки на графике.

Иллюстрация из учебника А. В. Теримова «Биология»

5. Анализируем график. Максимальная возможная величина семян тыквы равна 19 мм, минимальная — 8 мм, средняя — 13-14 мм. Варианты со средним значением встречаются чаще, а с крайними – реже. Они являются отклонениями от нормы – от среднего значения. Чем сильнее отклонение, тем меньше частота встречаемости.

Чтобы точно определить среднее значение изменчивости признака, нужно высчитать его по формуле:

M=Ʃ(ʋ х p)/n,

где M – среднее значение, Ʃ – знак суммирования, ʋ — значение варианты, p – частота встречаемости этой варианты, n – общее число вариант ряда. Это формула нахождения среднего значения вам знакома из математики.

Наследственная изменчивость

Все виды наследственной изменчивости связаны с генами, не важно где они расположены: в хромосомах ядра, в нуклеоидах или плазмидах бактерий или в пластидах и митохондриях клеток эукариот. Изменение в этих структурах приводят к исчезновению старых или появлению новых признаков. Наследственная (она же генетическая, она же неопределённая — по Дарвину) изменчивость делится на две группы: мутации и комбинации.

Комбинативная изменчивость

О комбинативной изменчивости мы говорили в уроке про хромосомное наследование. Почему у темнокожих родителей могут появиться на свет дети со светлой кожей (но не наоборот)? Пигментация кожи у человека определяется 4-6 парами полимерных генов. В генотипе коренных жителей Африки имеются преимущественно доминантные аллели (Р1Р1Р2Р2Р3Р3Р4Р4), у представителей европеоидной рассы – рецессивные (p1p1p2p2p3p3p4p4). От брака темнокожего и белой женщины рождаются дети с промежуточным цветом кожи – мулаты (Р1р1P2р2P3р3P4р4). Если супруги – мулаты, то возможно рождение детей с пигментацией кожи от максимально светлой к максимально темной.

Если в семье темнокожих отца и матери были белые родственники, то аллели, отвечающие за белый цвет могут сохраниться. Белый цвет рецессивный и может проявиться только в гомозиготном состоянии. Поэтому надо, чтобы рецессивные аллели попали в зиготу как от отца, так и от матери, а доминантные при этом отсутствовали. Эти единичные случаи встречаются крайне редко и только при выпадании нескольких счастливых случайностей.

Редкий аллель при половом размножении проходит 3 этапа отбора:

• перетасовку во время кроссинговера, происходящего в профазе I мейоза;
• помещение в одну из гамет при расхождении хромосом во время анафазы I мейоза;
• попадание в зиготу при случайном сочетании гамет при оплодотворении.

Одним из примеров комбинативной изменчивости может служить рождение детей с I или IV группой крови у гетерозиготных родителей, имеющих II и III группы крови (у потомков появляются новые признаки, отличные от родительских).
Другим примером может быть появление мух с серым телом и зачаточными крыльями, с черным телом и нормальными крыльями при скрещивании дигетерозиготной дрозофилы (серое тело, нормальные крылья) с черным самцом, имеющим зачаточные крылья. В данном случае у потомства вследствие кроссинговера возникают новые сочетания признаков родителей.
Таким образом, комбинативная изменчивость — важнейший источник разнообразия живых организмов и их возможности к адаптации.

Об изменениях в генах, хромосомах и генотипе (мутациях) речь пойдёт в следующем уроке.