Какую роль в познании свойств живого выполняет изучение генотипа организмов

Роль генотипа и условий внешней
среды в формировании фенотипа

Все многообразие всего живого и его постоянное
совершенствование были бы невозможны без изменчивости. Это
связано с тем, что генотип последовательно реализуется в
фенотип в ходе индивидуального развития организма и в
определенных условиях среды обитания, факторы которой
(колебания освещенности, температуры, влажности, условий
питания, взаимоотношений с другими организмами и др.) часто
оказывают определяющее значение на проявление и развитие того
или иного признака и свойства. Поэтому организмы, имеющие
одинаковые генотипы, могут заметно отличаться друг от друга по
фенотипу. Приведем несколько примеров.

Если растения примулы, которые в обычных условиях имели
красные цветки, перенести в оранжерею и содержать их там при
температуре 30—35°С и высокой влажности, то через некоторое
время все цветки у них оказываются белыми. Если эти же
растения вновь поместить в обычные (комнатные) условия, то
распустившиеся цветки будут красными.

Другим классическим примером, иллюстрирующим влияние внешней
среды на проявление качественных признаков, служит изменение
окраски шерсти у гималайского кролика. Обычно при 20°С у этого
кролика шерсть белая, за исключением черных ушей, лап, хвоста
и мордочки. При 30°С такие кролики вырастают полностью белыми.
Если же у гималайского кролика сбрить шерсть на боку или спине
и содержать его при температуре воздуха ниже +2°С, то вместо
белой шерсти вырастет черная. Но если сбрить шерсть на ухе, то
в обычных условиях там снова вырастет черная шерсть.

Эти наблюдения объясняют, почему гималайские кролики рождаются
белыми, без участков черной шерсти: их эмбриональное развитие
происходит в условиях высокой температуры.

Известно, что все признаки и свойства организма наследственно
детерминированы, однако организмы наследуют не сами признаки и
свойства, а лишь возможность их развития. Для проявления и
развития признака необходимы соответствующие условия внешней
среды.

Но даже в том случае, когда проявление и развитие того или
иного признака происходит, степень его выраженности бывает

разной в зависимости от условий внешней среды: при одних она
усиливается, при других ослабляется. Пределы этих изменений
определены возможностями, заложенными в генотипе.

Пределы модификационной изменчивости признака, ограниченные
действием генотипа, называют его норной реакции.

Для разных признаков и свойств организмов границы,
определяемые нормой реакции, неодинаковы. Наибольшей
пластичностью и изменчивостью характеризуются количественные
признаки: семенная продуктивность злаков, величина удоя у
крупного рогатого скота, масса животных, число и размеры
листьев и колосков у растений и т. д. В то же время
качественные признаки (масть животных, окраска семян, цветков
и плодов, остистость и опушенность колоса у растений) мало
зависят от условий среды.

Так, у крупного рогатого скота удой во многом определяется
условиями его содержания. При подборе кормов нужного качества
и количества ценная порода скота может дать 5—6 тыс. кг молока
в год, а в случае ухудшения условий содержания продуктивность
снижается до 2,5 тыс. кг и даже ниже. Что касается масти
животных, то при самых разных условиях она почти не
изменяется.

Подобную закономерность можно наблюдать и у растений.
Например, растения элитного сорта картофеля, выращенные в
условиях высокой культуры агротехники, дают урожай клубней
500—600 ц/га и более. Ухудшение условий (тяжелые глинистые
почвы, низкая культура земледелия и ухода за растениями) может
привести к тому, что урожайность прекрасного сорта картофеля
снизится до 100—150 ц/га и ниже. Правда, окраска клубней и их
форма при этом изменяются в очень малой степени.

Рассмотренные примеры свидетельствуют о том, что
количественные признаки обладают очень широкой нормой реакции,
а качественные — более узкой.

Таким образом, все признаки и свойства каждого сорта растений
и каждой породы животных могут изменяться только в пределах
нормы реакции. Поэтому попытки добиться высоких урожаев, резко
повысить продуктивность сельскохозяйственных животных только
за счет повышения уровня культуры земледелия, улучшения
условий кормления и содержания животных несостоятельны. В
первую очередь необходимо получить новые сорта растений и
породы животных улучшенного генотипа, отзывчивые на хорошие
условия возделывания и выращивания.

По механизму возникновения и характеру изменений признаков
различают два типа изменчивости — наследственную и
ненаследственную.

Под наследственной изменчивостью понимают способность к
изменениям самого генетического материала, а под
ненаследственной (модификационной, или фенотипической) —
способность организмов реагировать на условия окружающей
среды и изменяться в пределах нормы реакции, определяемой
генотипом.

В начале XX в. благодаря исследова­ниям генетиков накопился достаточно большой объём фактов и обобщений о на­следственности и передаче наследственной информации от родителей к потомкам, о свойствах хромосом и отдельных генов. Они были установлены на основе построения генетических карт при исследовании таких проблем, как хромосом­ный механизм определения пола, сцепление генов, кроссинговер и наследова­ние признаков, сцепленных с полом. В итоге были получены убедительные дока­зательства локализации определённых генов в определённых участках отдель­ных хромосом у многих растений, животных и микроорганизмов. Всё это легло в основу хромосомной теории наследственности.

Хромосомная теория наследственности — теория, согласно которой ген яв­ляется основным и элементарным носителем наследственной информации, а на­следственность представляется как свойство организмов, заключающее в себе ге­нетическую информацию, на основе которой происходит развитие признаков организма.

Путем наследования генетической информации (генов) обеспечива­ется материальная и функциональная преемственность между поколениями ор­ганизмов и, следовательно, непрерывность жизни при смене поколений.

В 40-х гг. XX в. хромосомная теория наследственности была подкреплена исследованиями биохими­ков и цитологов. Была доказана роль молекул нуклеиновых кислот, в частно­сти молекул ДНК, в передаче наследственной информации и локализации ге­на. При этом было доказано, что молекулы ДНК являются цитологической основой генов. Расшифровка структуры молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК), опубликованная в 1953 г., показала тесную связь этого хими­ческого соединения с наследственной информацией в генах.

В настоящее время установлены многие закономерности наследования свойств (признаков) организмов. Все они находят отражение в хромосомной теории наследования признаков организма. Назовём основные положения этой теории. Материал с сайта https://doklad-referat.ru

• Гены, являясь носителями наследственных свойств организмов, вы­ступают единицами наследственной информации.
• Цитологической основой генов являются группы рядом лежащих нуклеотидов в цепочках ДНК.
• Гены, находящиеся в хромосомах ядра и клетки, наследуются как отдельные независимые единицы.
• У всех организмов одного и того же вида каждый ген всегда располо­жен в одном и том же месте (локусе) определённой хромосомы.
• Любые изменения гена приводят к появлению его новых разновидно­стей — аллелей этого гена и, следовательно, к изменению признака.
• Все хромосомы и гены у особи присутствуют в её клетках всегда в виде пары, попавшей в зиготу от обоих родителей при оплодотворении.
• В каждой гамете может быть только по одной одинаковой (гомологич­ной) хромосоме и по одному гену из аллельной пары.
• Во время мейоза различные пары хромосом распределяются между гаметами независимо друг от друга и совершенно случайно так же наследуются и находящиеся в этих хромосомах гены.
• Важным источником появления новых комбинаций гена служит крос­синговер.
• Развитие организмов происходит под контролем генов в тесной взаи­мосвязи с факторами окружающей среды.
• Выявленные закономерности наследования свойств наблюдаются у всех без исключения живых организмов с половым размножением.

Установлено, что ген служит основой для построения белка с его важ­нейшими — ферментативными — функциями в клетке. Поскольку именно фер­менты управляют химическими реакциями, в результате которых формиру­ются признаки организма, то эта роль гена в жизнедеятельности организма оказывается очень важной. Эту роль гена можно выразить схемой: