Генетика и эволюционная теория Авторы: Ляшенко Анна Бабенко Ольга

Мутации у организмов происходят не часто. Ген оказывается измененным только в одной из 100 тысяч гамет. Могут ли настолько редкие изменения приводить к эволюционным преобразованиям? Проблемный вопрос:

Цель: Совместить понятия тем «генетика» и «эволюционная теория», подчеркнув значение наследственности и изменчивости для эволюции живых организмов.

Задачи: Сделать вывод о значении наследственности и изменчивости для эволюции. Актуализировать знания о видах изменчивости. Определить ведущую роль мутационной изменчивости в эволюционном процессе. Рассмотреть теоретический материал «Популяционная генетика», вывести закон Харди-Вайнберга. Определить характер изменчивости как фактора эволюции.

ПриспособленияВидообразование Естественный отбор – направляющий, движущий фактор эволюции Борьба за существование ИзменчивостьИзоляцияДрейф геновВолны жизни

Изменчивость – это способность приобретать новые признаки под воздействием различных факторов.

ИзменчивостьМодификационная Наследственная Затрагивает только фенотип – генотип не изменяется. Определяется условиями существования. Часто носит приспособительныйхарактер к условиям среды. Пределы модификационной изменчивости называют нормой реакции. Генотип подвергается изменениям. Носит случайный характер. Передаётся по наследству.

Модификационная изменчивость. На рисунке представлено изменение размера одуванчика под влиянием условий среды. 1 – выросший на равнине; 2 – выросший в горах. Под влиянием модификационной изменчивости происходит приспособление организма к окружающей среде, что способствует его выживанию, то есть естественному отбору – движущему фактору эволюции.

Наследственная изменчивость. Соотносительная - влияние одного и того же гена на несколько признаков. Комбинативная - появление у потомков новых комбинаций генов, унаследованных от родителей. Мутационная - появление изменений в структуре: 1)генов - ГЕННЫЕ мутации 2)хромосом - ХРОМОСОМНЫЕ мутации 3)генома - ГЕНОМНЫЕ мутации

Комбинативная изменчивость. Источники Рекомбинация генов в результате кроссинговера. Рекомбинация хромосом в мейозе. Комбинация хромосом при оплодотворении. В основе комбинативной изменчивости лежит половое размножение живых организмов, вследствие которого возникает огромное разнообразие гено- и фенотипов, что способствует естественному отбору.

Она возрастает, иногда очень резко, в ответ на воздействие внешних факторов, таких как ионизирующая радиация, некоторые химические соединения, вирусы,… Эволюция была бы невозможна, если бы генетические программы воспроизводились абсолютно точно! Как вы знаете, копирование генетических программ – репликация ДНК – происходит с высочайшей, но не абсолютной точностью. Изредка возникают ошибки – мутации. Частота мутаций не одинакова для разных генов, для разных организмов.

Мутационная изменчивость – это первичный материал всех эволюционных преобразований.

Вредные Летальные Нейтральные Мутации Полезные

Следует помнить, что эта классификация условна. Полезность, вредность, или нейтральность мутации зависит от условий, в которых живет организм. Мутация нейтральная или даже вредная для данного организма в данных условиях, может оказаться полезной для другого организма и в других условиях, и наоборот. Жуки и комары не могли знать заранее, что люди изобретут инсектициды и подготовить мутации защиты. Тем не менее, эти мутации возникали. Они обнаруживаются даже в тех популяциях насекомых, которые с инсектицидами не встречались. Эти мутации были нейтральными. Но как только люди стали применять инсектициды, мутации стали не просто полезными, они стали ключевыми для выживания. Те особи, которым по наследству досталась такая мутация, вовсе не нужная их родителям, приобрели колоссальное преимущество перед теми, кто такой мутации не имел.

Особую роль в эволюции играют: Полиплоидия Дупликация - кратное увеличение количества хромосом. - удвоения определенных участков хромосом. Увеличивают количество генетического материала и тем самым открывают возможность возникновения новых генов с новыми свойствами. Хромосомные и геномные мутаций.

Именно на увеличение количества генетического материала в значительной степени опиралось нарастание сложности организации живого в ходе исторического развития.

Генные (точечные) мутации. Генные мутации связаны с изменением нуклеотидной последовательности ДНК одного гена. Механизмы Замена одного основания на другое. Изменение количества нуклеотидов. Такие генные мутации относят к «малым» мутациям, которые создают основу для эволюционной пластичности видов в природных условиях. Этот механизм приводит к более серьёзным последствиям, поскольку при этом во время транскрипции происходит чтение иных триплетов и синтезируется белок с иной последовательностью аминокислот. Поэтому появляются новые признаки и свойства. Например, альбинизм.

До этого мы говорили о том, что происходит с индивидом, но с точки зрения эволюции больший интерес представляют изменения внутри популяций. Появление отдельной мутации не будет иметь ровно никакого эволюционного значения, если эта мутация и возникающий на её основе новый признак не распространятся среди других особей вида.

Популяция – это элементарная единица эволюционного процесса.

Теоретический анализ поведения генов в свободно скрещивающейся популяции был проведён в 1908 г. независимо друг от друга двумя учёными: Английским математиком Г. Харди Немецким врачом В. Вайнбергом Они исходили из положения, согласно которому генетическая структура популяций на протяжении поколений стабильна и поэтому должен существовать механизм, поддерживающий в популяции равновесие генных частот.

Закон Харди-Вайнберга. Частоты доминантных и рецессивных аллелей в данной популяции будут оставаться постоянными из поколения в поколение, если соблюдаются условия: Размеры популяции велики. Спаривание происходит случайным образом. Новых мутаций не возникает. Все генотипы одинаково плодовиты. Поколения не перекрываются. Отсутствует обмен генами с другими популяциями. Если не соблюдается хотя бы одно из условий, то происходят эволюционные преобразования.

Изучать эволюционные преобразования и измерять их скорость можно с помощью уравнения Харди-Вайнберга: Частота доминантного гомозиготного потомства. Частота гетерозиготного потомства. Частота рецесивного гомозиготного потомства.

Одно из возможных применений закона Харди-Вайнберга состоит в том, что он позволяет рассчитать некоторые из частот генов и генотипов в случае, когда не все генотипы могут быть идентифицированы из-за доминантности и гетерозиготности некоторых аллелей. Из закона Харди-Вайнберга можно вывести интересное следствие: разные аллели присутствуют в популяции главным образом в гетерозиготном, а не в гомозиготном состоянии.

Таким образом, несмотря на чрезвычайную редкость каждой отдельной мутации, в каждом поколении появляется огромное количество носителей мутантных генов. Благодаря мутационному процессу генотипы всех организмов, населяющих Землю, постоянно меняются; появляются все новые и новые варианты генов (аллели), создается огромное генетическое разнообразие, которое служит материалом для эволюции.

Изменчивость является направляющим или ненаправляющим фактором эволюции? Дайте определение изменчивости. Какие виды изменчивости бывают? Дайте их краткую характеристику. Влияет ли модификационная изменчивость на эволюционный процесс? Если влияет, то как? Расскажите о видах наследственной изменчивости. Дайте их краткую характеристику. Вопросы:

Назовите источники комбинативной изменчивости и расскажите о её влиянии на эволюционны процесс. Без чего эволюция была бы невозможна? Что является первичным материалом всех эволюционных преобразований? Назовите виды мутаций по их влиянию на организм. От чего зависит полезность, вредность и нейтральность мутаций? Какие виды хромосомных и геномных мутаций играют особую роль в эволюции? Дайте их краткую характеристику.

На что в значительной степени опирается нарастание сложности организации живого в ходе исторического развития? Расскажите о механизмах генных мутаций и их влиянии на эволюцию. Назовите элементарную единицу эволюционного процесса. Сформулируйте закон Харди-Вайнберга. При каких условиях он выполняется? Напишите уравнение Харди- Вайнберга. Каково возможное применение этого закона?