Форми мінливості. Модифікаційна мінливість – наслідок взаємодії генотипу та умов довкілля
- 27-09-2021, 15:57
- 985
9 Клас , Біологія 9 клас Остапченко, Балан, Поліщук
§ 35. Форми мінливості. Модифікаційна мінливість – наслідок взаємодії генотипу та умов довкілля
Пригадайте, яких близнюків відносять до однояйцевих? Що називають породою тварин і сортом рослин? Які ознаки належать до кількісних, а які - до якісних?
Ви вже знаєте, що однією з універсальних властивостей живої матерії є мінливість - здатність організмів у процесі як індивідуального (розвитку однієї особини), так й історичного (у процесі еволюції виду) розвитку набувати нових ознак. Мінливість буває неспадковою, або модифікаційною, та спадковою.
Модифікаційні зміни - це реакції організмів на зміну інтенсивності дії певних чинників довкілля. Модифікаційна мінливість зумовлена не змінами нуклеотидних послідовностей молекул ДНК, а характером реалізації спадкової інформації.
Модифікації однакові для всіх генотипово однорідних істот. Спадкова програма будь-якого організму реалізується не тільки під контролем генів, а й під впливом навколишнього середовища. Наприклад, у всіх занурених у воду особин рослини стрілолиста (цю рослину ще називають стрілицею) (мал. 177. І) утворюються довгі й тонкі листки, а в тих, що ростуть на суходолі, - стрілоподібні. У рослин, частково занурених у воду, формуються листки обох типів.
Ступінь прояву модифікацій прямо залежить від інтенсивності й тривалості дії певного екологічного фактора на організм. Так, у дрібного рачка артемії ступінь опушеності задньої частини черевця залежить від солоності води: вона то більша, що нижча концентрація солей у воді (мал. 177. II). З власного досвіду ви знаєте: що більше часу проводити на сонці, то інтенсивніша засмага. Що вище людина піднімається в гори і що триваліше вона перебуває в умовах високогір’я, то більша концентрація еритроцитів у її крові.
Модифікації можуть зникати протягом життя особини, якщо припиняється дія фактора, який їх спричиняє. Наприклад, засмага, набута влітку, поступово зникає протягом осінньо-зимового періоду. Після нетривалого перебування в умовах високогір’я кількість еритроцитів у крові знижується до норми (пригадайте, скільки еритроцитів у нормі міститься в 1 мл крові), коли людина повертається в долину.
Деякі модифікації, які виникли насамперед на ранніх етапах індивідуального розвитку, можуть зберігатися протягом усього життя особини. Наприклад, викривлення кісток нижніх кінцівок у людини, яка в дитинстві перехворіла на рахіт (пригадайте, що спричиняє таке захворювання), зберігається протягом усього її життя. Але діти батьків-рахітів не матимуть такої вади, якщо вчасно отримуватимуть необхідну кількість вітаміну D.
Інший приклад модифікацій, які зберігаються протягом усього життя, - це диференціація личинок медоносної бджоли із диплоїдним набором хромосом на цариць і робочих особин (мал. 178). Ті з личинок, що розвиваються у великих комірках стільників і живляться лише «молочком», яке виробляють особливі залози робочих особин, розвиваються в цариць. А ті, яких вигодовують пергою (сумішшю меду і пилку) у комірках звичайних розмірів, згодом стають робочими особинами - нездатними до розмноження самками. Отже, диференціація личинок жіночої статі залежить від якості їхнього живлення. Якщо на ранніх етапах розвитку поміняти місцями личинок, з яких мали б розвинутися цариця та робоча особина, то відповідно зміняться характер їхнього живлення та подальший тип розвитку.
Мал. 177. Модифікаційна мінливість. І. Стрілолист (1) та модифікації його листків: 2 - листки стрілоподібної форми, що виросли над водою; 3 - стрічкоподібні листки, що розвинулися під водою. II. 1. Рачки артемії (зовнішній вигляд). 2. Опушення черевця артемії за різних умов солоності (зліва направо: від більшої солоності до меншої; поміркуйте, чому в особин артемії з прісних водойм черевце має густіше опушення)
Мал. 178. Різні категорії особин (касти) у медоносної бджоли: 1 - цариця; 2 - трутень; 3 - робоча особина
Мал. 179. Горностаєве забарвлення хутра кролів: на спинному боці тіла виголили ділянки, до яких прикладали лід; під впливом низьких температур на них відростала не біла, а темна шерсть
Запам’ятаємо: неспадкова, або модифікаційна (від лат. модус - міра, вигляд і фаціо - роблю), мінливість - це зміни фенотипу, набуті під час індивідуального розвитку організму, спричинені впливом умов довкілля і не пов’язані зі змінами генотипу.
Модифікаційна мінливість зазвичай забезпечує пристосування до змінних умов середовища життя. Наприклад, зміна форми листків стрілолиста зі стрілоподібної на підводну стрічкоподібну захищає ці рослини від ушкодження течією. Заміна шерсті ссавців під час осіннього линяння на густішу забезпечує захист організму від дії низьких температур, а засмага людини - від шкідливої дії сонячного випромінювання. Усе це дає підстави вважати, що такі пристосувальні модифікації виникли в процесі історичного розвитку виду як певні реакції на зміни умов довкілля, з якими постійно стикаються організми. Пригадайте: пристосування організмів до умов середовища життя називають адаптаціями (від лат. адапто - пристосовую).
Які статистичні закономірності модифікаційної мінливості? Модифікаційна мінливість підпорядковується певним статистичним закономірностям (пригадайте, у чому полягають статистичні методи досліджень).
Межі модифікаційної мінливості ознаки визначаються генотипом і мають назву норми реакції. Серед ознак є такі, різні варіанти яких майже повністю визначає генотип (наприклад, розташування очей, кількість пальців кінцівок, група крові, характер жилкування листків тощо). На ступінь прояву варіантів багатьох кількісних ознак (наприклад, зріст і маса організмів, площа листкової пластинки тощо) впливають переважно умови довкілля. Наприклад, температура впливає на забарвлення шерсті кролів (мал. 179). У сіамських кішок так само кожна ділянка шкіри має власний температурний поріг, який визначає те чи інше забарвлення шерсті.
Норма реакції має певні межі для кожної ознаки. Найвужча норма реакції властива ознакам, які визначають життєздатність організмів (наприклад, взаєморозташування внутрішніх органів), а для таких, що мають менш важливе значення, - може бути ширшою (маса тіла, зріст, колір волосся).
Для вивчення мінливості певної ознаки складають варіаційний (від лат. варіаціє» - зміна) ряд - послідовність кількісних показників певної ознаки (варіант), розміщених у порядку зростання чи зменшення (мал. 180). Довжина ряду свідчить про розмах модифікаційної мінливості. Він залежить від умов навколишнього середовища: що вони стабільніші, то коротший варіаційний ряд, і навпаки.
Розподіл варіант можна зобразити графічно у вигляді варіаційної кривої (мал. 181). Це графічне зображення кількісних показників мінливості певної ознаки. Варіаційна крива показує межі модифікаційної мінливості та частоту зустрічальності окремих варіант. За її допомогою можна встановити середні показники й норму реакції певної ознаки.
Запам’ятаємо: живий організм - це відкрита система, тому його спадкова програма реалізується завдяки взаємодії генотипу та умов навколишнього середовища. Умови середовища життя зумовлюють ступінь прояву спадкової ознаки. Тому в особин з однаковими генотипами у різних умовах можуть формуватися відмінні фенотипи.
Мал. 180. Варіаційний ряд листків лавровишні
Мал. 181. Варіаційна крива кількості колосків у колосі пшениці
Уважно розгляньте малюнок 181 і зверніть увагу: найбільша кількість варіант припадає на середню частину ряду, тобто середнє значення певної ознаки. Такий розподіл пояснюють тим, що мінімальні й максимальні значення певної ознаки проявляються, коли більшість екологічних факторів діє в одному напрямі: найбільш чи найменш сприятливому. Але зазвичай одні чинники сприяють розвитку ознаки, інші, навпаки, гальмують. Саме тому ступінь розвитку певної ознаки в більшості особин популяції та виду усереднений. Так, більшість людей має середній зріст, і лише небагато з них велетні або карлики.
Закріпіть свої знання про модифікаційну мінливість, виконавши лабораторне дослідження.
Коротко про головне
Мінливість - універсальна властивість живої матерії. Розрізняють спадкову та неспадкову мінливість. Неспадкова мінливість має назву «модифікаційної». Фенотип організму формується внаслідок взаємодії генотипу організму з умовами середовища життя.
Модифікаційна мінливість характеризується певними закономірностями: модифікації однакові для всіх генотипово однорідних істот; ступінь прояву модифікацій прямо залежить від інтенсивності й тривалості дії певного екологічного фактора на організм; модифікації можуть зникати протягом життя особини, якщо припиняється дія фактора, який їх спричиняє, але деякі модифікації, особливо які виникли на ранніх етапах індивідуального розвитку, можуть зберігатися протягом усього життя особини; модифікаційна мінливість зазвичай забезпечує пристосування до змінних умов середовища життя.
Межі модифікаційної мінливості ознаки визначаються генотипом і мають назву «норми реакції».
ЛАБОРАТОРНЕ ДОСЛІДЖЕННЯ
Вивчення мінливості у рослин і тварин
Завдання 1. Вивчення мінливості рослин. Побудова варіаційного ряду і варіаційної кривої
Обладнання і матеріали: гербарні зразки (пшениця, ячмінь, кукурудза тощо), насіння різних видів (квасолі, кукурудзи, соняшнику та ін.), листки (дуба, клена, липи тощо), лінійка або міліметровий папір, колекційні зразки комах (наприклад, травневого хруща) або черепашок молюсків, ручні лупи.
1. Порівняйте кілька (3-5) особин одного виду або їхніх частин (листки злаків, насіння квасолі, бульби картоплі тощо) за фенотипом (зовнішній вид, розміри та ін.). Запишіть результати досліджень у зошит.
2. Знайдіть характерні видові ознаки в різних представників.
3. Виявіть відмінності в будові різних представників одного виду, а також порівняйте їх з особинами інших видів. Поясніть причини, які зумовили ці розбіжності.
4. Виберіть не менш ніж 25 рослин одного виду (або їхніх частин) за певними ознаками (наприклад, кількість вічок у бульб картоплі, темних плям на білих насінинах квасолі тощо).
5. Полічіть число обраних показників у кожній з рослин і занесіть отримані дані до таблиці, виявіть, як часто зустрічається кожне із цифрових значень цих показників, та знайдіть середню величину ознаки.
6. Побудуйте на підставі отриманих результатів варіаційні ряд і криву: на осі абсцис відкладіть варіанти, а на осі ординат - частоти прояву певних чисельних (кількісних) показників певної ознаки. Дайте характеристику ряду і кривої нормального розподілу.
Завдання 2. Вивчення мінливості тварин. Побудова варіаційного ряду і варіаційної кривої
1. З колекційного матеріалу з допомогою вчителя виберіть по 25 особин самок і самців травневого хруща (або черепашок молюсків). У самців вусики з великою булавою, яка складається із семи пластин, у самки - із шести дрібніших. Крім того, верхівка черевця самця завжди має довший відросток, у самок він коротший.
2. Виявіть відмінності в забарвленні тіла обраних вами екземплярів. Поясніть причини, які зумовили ці розбіжності.
3. Виміряйте довжину тіла спочатку в самок, потім у самців. Результати вимірювань занесіть у зошит.
4. Побудуйте на підставі отриманих результатів варіаційні ряди і криві - окремо для самок, окремо - для самців: на осі абсцис відкладіть варіанти, а на осі ординат - частоти прояву певних чисельних (кількісних) показників певної ознаки. Дайте характеристику побудованим варіаційним рядам та варіаційним кривим нормального розподілу. Проаналізуйте отримані дані.
Ключові терміни та поняття: модифікаційна мінливість, норма реакції, варіаційний ряд, варіаційна крива.
Перевірте здобуті знання
1. Чому модифікаційну мінливість вважають неспадковою? 2. Які властивості притаманні модифікаційній мінливості? 3. Чому більшість модифікацій має пристосувальне значення? 4. Що визначає норму реакції організмів? 5. Що таке варіаційний ряд і варіаційна крива? 6. Яка роль генотипу та умов довкілля у формуванні фенотипу особин? 7. Яке біологічне значення модифікаційної мінливості?
Поміркуйте
Чому саме модифікації, які виникли на ранніх етапах розвитку особини, зберігаються протягом усього її життя?
Коментарі (0)