Pytania z ekologii, teorii ewolucji, biologii populacji i innych nauk często dotyczą pojęcia zmienności (zarówno określonej, jak i nieokreślonej). To podstawa zrozumienia pochodzenia gatunków, ich zdolności do adaptacji do zmieniających się warunków środowiskowych. Te zasady leżą u podstaw współczesnej biologii hodowlanej i molekularnej. Spróbujmy dowiedzieć się, co oznaczają te pojęcia.
Rodzaje zmienności
Te koncepcje są również nazywane zmiennością niedziedziczną i dziedziczną. Jaka jest różnica między określoną i nieokreśloną zmiennością? Pierwszy pojawia się w grupie jednostek jako odpowiedź na czynniki zewnętrzne. Jest to regulowane wartością normy reakcji. Jako przykład możemy przywołać hibernację niedźwiedzia, gęstość sierści psa, długość łodygi mniszka lekarskiego. Jeśli zmienisz warunki środowiskowe, te znaki mogą się nie pojawić. Tak więc, jeśli sztucznie stworzysz obfitość jedzenia i ciepłą temperaturę przez cały rok, niedźwiedź nie będzie spał przez zimę. Pies, który zimą mieszka w domu, będzie miał znacznie mniej podszerstka niż pies z podwórka. Przy ciągłym koszeniu trawnika, mniszek lekarskibędzie rosła z krótszą łodygą, co pozwoli jej uformować szypułkę i uniknąć cięcia. Oczywiście takie cechy nie są dziedziczone genetycznie.
Zmienność dziedziczna występuje jako spontaniczne mutacje w grupie osób i jest dziedziczona przez pokolenia. Jednak nie wszystkie mutacje są korzystne. Większość z nich staje się bezużyteczna lub szkodliwa. Tylko niektóre zmiany będą wspierane przez dobór naturalny. Ta właściwość jest podstawą ewolucji, ponieważ pozwala organizmowi przystosować się do zmian w środowisku, uzyskać cechy, które przyczyniają się do przetrwania. Przyjrzyjmy się temu typowi bardziej szczegółowo.
Historia badania niepewnej zmienności
Wspominając czynniki wpływające na pochodzenie gatunków, nie można nie wspomnieć autora księgi o tym samym tytule i teorii ewolucji, Karola Darwina. Oczywiście w tej chwili teoria ta została sfinalizowana i nazywana jest syntetyczną. Jednak opis podstawowych pojęć i zasady pozostały niezmienione.
Według Darwina nieokreślona zmienność – to „nieskończenie zróżnicowane drobne cechy, które odróżniają osobniki tego samego gatunku i których nie można wytłumaczyć dziedziczeniem od jednego z ich rodziców lub od większej liczby odlegli przodkowie”. Mówił także o bezpośrednim i pośrednim wpływie warunków istnienia na kształtowanie się żywego organizmu, o korelacji znaków. Jednocześnie pojęcie genu jeszcze nie istniało, a przyczyny pojawienia się danychcechy nie były jasne dla tego naukowca. Obecnie wiadomo, że dziedziczenie ma charakter genetyczny, a mutacje w DNA występują cały czas.
Jak działa ten mechanizm?
Replikacja DNA stale otrzymuje błędy. Zwykle muszą zostać usunięte przez układ odpornościowy lub system apoptozy komórkowej (zaprogramowanej śmierci). W przypadku awarii tych systemów komórka ta może przetrwać i tworzyć swoje kopie. Jeśli organizm jest jednokomórkowy lub zmiany wpłynęły na komórki płciowe, defekt ten będzie dziedziczony i przekazywany na inne pokolenia. Stwarza to różnorodność w populacji i gwarantuje przetrwanie gatunku i ogólnie ewolucję.
Rodzaje mutacji
- Gene. Wpływają na strukturę DNA na poziomie nukleotydów. Wyrażają się one w utracie, zastąpieniu dowolnego nukleotydu (choroby człowieka, takie jak fenyloketonuria, anemia sierpowata można przytoczyć jako przykład).
- Generatywne. Wpływają na geny komórek zarodkowych. Dziedziczone z pokolenia na pokolenie.
- Somatyczny. Mutacje komórek niepłciowych. Nie są dziedziczone u zwierząt, ale dziedziczone w roślinach, gdy są rozmnażane metodą wegetatywną (w hodowli komórkowej in vitro).
- Genomiczny. Związany ze zmianą liczby chromosomów w jądrze. Mogą objawiać się wzrostem jednego lub więcej chromosomów (u ludzi choroba Downa wiąże się z dodatkowym chromosomem) oraz zwielokrotnieniem ich liczby (rośliny poliploidalne są orientacyjne: większość nowoczesnych odmian pszenicy jest oktoploidalna, to znaczy ma osiem zestawy chromosomów).
- Chromosomalny.
Znaczenie
- Gatunek nie zawsze żyje w tych samych warunkach. W przypadku zmiany warunków życia, niekiedy nagłej, np. w wyniku klęski żywiołowej, przesiedlenia na inny kontynent itp., cała populacja może ulec wyginięciu. Ale niektóre organizmy mogą mieć mutacje, które do tej pory były bezużyteczne, ale teraz są niezbędne do przetrwania. Oznacza to, że tylko te osobniki przeżyją i wydadzą potomstwo z tymi cechami. Przykładem może być ciągła walka między bakteriami a antybiotykami. Opracowane środki przeciwbakteryjne są dość skuteczne przez pewien czas, do czasu rozmnażania się potomstwa mikroorganizmów z genami oporności na tego typu leki. Zmusza to przemysł farmaceutyczny do tworzenia nowych produktów i nieświadomego stymulowania bakterii do dalszej ewolucji.
- Wartość w zaznaczeniu. To właśnie ten rodzaj zmienności Karol Darwin uważał za podstawę sztucznej selekcji. Mutacje, które pojawiają się początkowo, niezależnie od czynników środowiskowych, mogą być cenne dla człowieka. Na przykład owoce pomidora o dużych owocach nie są przydatne dla samej rośliny - gałęzie nie wytrzymają swojej wagi bez rekwizytów i podwiązek. Ale selekcja na tej podstawie pozwoliła nam uzyskać bardziej wydajne odmiany.
Definicja: czym jest nieokreślona zmienność w biologii
Podsumowując powyższe, podsumowujemy, co to pojęcie oznacza w nauce. Nieskończona zmienność w biologii to pojęcie równoznaczne zmutacje. Ma charakter dziedziczny (w przeciwieństwie do określonego), podczas gdy drobne zmiany w genomie w pierwszym pokoleniu kumulują się i nasilają w kolejnych. Ten rodzaj zmienności wiąże się również ze zmianami czynników środowiskowych, ale nie w formie adaptacji, ale pośrednio. W ten sposób pomaga przystosować się nie do konkretnego organizmu, ale do taksonu jako całości.
Przykłady niepewnej zmienności
Wcześniej w artykule omówiono konkretne przykłady mutacji, które pomagają przystosować się do środowiska. Rozważ kilka ogólnych rodzajów takiej zmienności w naturze:
- Zabarwienie ochronne. Występuje u wielu zwierząt. W procesie doboru naturalnego osobniki o mniej rzucającym się w oczy ubarwieniu otaczającego krajobrazu są mniej podatne na atak drapieżników i dzięki temu mogą wydać więcej potomstwa. Ta funkcja jest ustalana z pokolenia na pokolenie. Jednocześnie, gdy zmieniają się warunki środowiskowe (na przykład, gdy populacja przenosi się do innego siedliska), kolor utrzymywany przez selekcję może się zmienić.
- Kolorowanie sygnału. W wyniku zmian w genomie niektóre owady nabrały jaskrawych kolorów, które ostrzegają drapieżniki przed gruczołami jadowymi. W ten sposób można również barwić niejadowite owady, aby chronić je przed zjedzeniem. Zjawisko to nazywa się mimikrą.
- Kształt ciała. Pośredni wpływ środowiska wspiera osoby, których budowa ciała jest do niego najlepiej dostosowana. Tak więc forma w kształcie torpedy, która pomaga w pływaniu, jest charakterystyczna dla organizmów wodnych. Podobnie jest u delfinów, fok, pingwinów, ryb, pływających chrząszczy. Oczywiście ta forma u tych zwierząt rozwinęła się niezależnie. Tyle, że w procesie ewolucji te osobniki, które były najlepiej przystosowane do pływania, przeżyły i urodziły.
- Mechanizmy ochronne. Na przykład igły jeża, jeżozwierza - zmodyfikowana linia włosów. Osobniki, które w wyniku spontanicznej mutacji otrzymały gęstsze włosie, co może powodować niedogodności dla drapieżnika, uzyskały przewagę w rozmnażaniu. Najwyraźniej w następnych pokoleniach selekcja wspierała ostrość sierści - ta cecha się nasiliła.
Podsumowanie
Ten rodzaj zmienności nie gwarantuje przetrwania organizmu, ale zapewnia przetrwanie gatunku w stale zmieniających się warunkach środowiskowych. Nieskończona zmienność jest konieczna dla ludzi jako narzędzie hodowlane. Przyczynia się do naturalnego i sztucznego pochodzenia nowych taksonów. Dlatego niepewna zmienność jest podstawą ewolucji.
