8-916-722-04-28ТелВКонтактеВКTelegramTgMAXMAX Пробный урокПробный урок

Мутационная и комбинативная изменчивость, их свойства и роль, резерв наследственной изменчивости в генофонде популяции

Формы изменчивости организмов

Изменчивостью называют свойство живых организмов существовать в различных формах, приобретать признаки, отличающие их от родительских особей и друг от друга. По характеру наследования различают изменчивость ненаследственную (модификационную, фенотипическую), затрагивающую только фенотип и не передающуюся потомству, и наследственную (генотипическую), связанную с изменением самого генетического материала и потому передающуюся по наследству. Материалом для эволюции служит именно наследственная изменчивость, которая, в свою очередь, подразделяется на мутационную и комбинативную.

Мутационная изменчивость

Мутациями называют устойчивые, скачкообразные изменения генетического материала, возникающие под действием внутренних или внешних факторов (мутагенов) — физических (ионизирующее и ультрафиолетовое излучение), химических (некоторые вещества-мутагены) или биологических (вирусы, транспозоны). По масштабу затрагиваемых изменений различают три основных типа мутаций: генные (точковые) — изменения строения отдельного гена вследствие замены, вставки или выпадения нуклеотидов; хромосомные — изменения структуры хромосом (делеции, дупликации, инверсии, транслокации участков); геномные — изменения числа хромосом (полиплоидия — кратное увеличение числа хромосомных наборов, и анеуплоидия — изменение числа отдельных хромосом, например трисомия).

Свойства мутаций

Мутациям присущ ряд общих свойств, принципиально важных для понимания их эволюционной роли. Во-первых, мутации возникают ненаправленно (случайно) — то есть их появление не связано напрямую с тем, будут ли они полезны организму в данных условиях среды (мутация может оказаться полезной, вредной или нейтральной независимо от «потребностей» организма). Во-вторых, они, как правило, единичны и редки — вероятность мутации по конкретному гену в конкретном поколении невелика (порядка 10⁻⁵-10⁻⁷ на ген), но, поскольку в популяции множество генов и множество особей, суммарный поток мутаций в популяции весьма значителен. В-третьих, вновь возникшие мутации чаще рецессивны, чем доминантны, что позволяет им долго сохраняться в генофонде популяции в скрытом, гетерозиготном состоянии, не проявляясь фенотипически и не подвергаясь немедленно действию отбора.

Комбинативная изменчивость

Комбинативная изменчивость — изменчивость, возникающая не за счёт появления новых генов или аллелей, а за счёт нового сочетания уже существующих в популяции генов при половом размножении. Основными источниками комбинативной изменчивости служат: (1) кроссинговер — обмен участками между гомологичными хромосомами в профазе первого мейотического деления, создающий новые сочетания аллелей в пределах одной хромосомы; (2) независимое расхождение хромосом в анафазе первого мейотического деления, обеспечивающее огромное число возможных комбинаций материнских и отцовских хромосом в гаметах; (3) случайное сочетание гамет при оплодотворении, дополнительно умножающее число возможных генотипов потомства.

Важно чётко различать: комбинативная изменчивость не создаёт принципиально новых аллелей — она лишь по-новому перетасовывает уже имеющийся в генофонде популяции генетический материал, тогда как единственным источником действительно новых аллелей служит мутационный процесс.

Генофонд популяции как резерв наследственной изменчивости

Совокупность всех аллелей всех особей популяции — её генофонд — представляет собой огромный резерв наследственной изменчивости. Благодаря рецессивности большинства новых мутаций и обусловленной этим гетерозиготности особей значительная часть мутационной изменчивости сохраняется в популяции «про запас», в скрытом виде, не проявляясь в фенотипе и не элиминируясь отбором. Этот резерв наследственной изменчивости имеет огромное значение для выживания вида: при резком изменении условий среды в генофонде популяции могут найтись особи, ранее нейтральные или даже слегка вредные рецессивные аллели которых окажутся полезными в новых условиях, что и обеспечит материал для последующего отбора и адаптации.

Роль изменчивости как материала эволюции

Таким образом, эволюционный процесс опирается на два взаимодополняющих источника материала. Мутационная изменчивость медленно, но постоянно поставляет в генофонд популяции принципиально новые варианты генов, расширяя общий репертуар наследственной изменчивости вида. Комбинативная изменчивость, действуя значительно быстрее и на порядки эффективнее по числу производимых вариантов, обеспечивает уникальность генотипа практически каждой отдельной особи, размножающейся половым путём, — именно поэтому в природных популяциях (за исключением строго клональных или самоопыляющихся организмов) не бывает двух генетически идентичных особей. Оба этих процесса ненаправленны сами по себе — направленность эволюции придаёт только последующий естественный отбор, действующий на созданное ими разнообразие.

Признак сравненияМутационная изменчивостьКомбинативная изменчивость
Источник новизныИзменение самой структуры гена или хромосомыНовое сочетание уже существующих аллелей
Создаёт ли новые аллелиДа — единственный источник новых аллелейНет, только перекомбинирует имеющиеся
МеханизмОшибки репликации ДНК, действие мутагеновКроссинговер, независимое расхождение хромосом, случайное оплодотворение
ЧастотаОтносительно редка для отдельного генаПрактически неограниченна по числу комбинаций
НаправленностьНенаправленная, случайнаяНенаправленная (случайный характер комбинирования)

Типичные ошибки

Часто путают мутационную и комбинативную изменчивость, считая, что кроссинговер или независимое расхождение хромосом «создают» новые гены — на самом деле они лишь перераспределяют уже существующие аллели, а единственным источником действительно новых аллелей являются мутации. Другая распространённая ошибка — представление о том, что мутации возникают «в ответ на потребность» организма приспособиться к среде (это скорее ламарковское, а не дарвиновско-генетическое понимание): в действительности мутации возникают случайно, независимо от того, полезны они или нет, а полезность или вредность мутации проявляется и «отбирается» только впоследствии, под действием естественного отбора. Также ошибочно недооценивать роль рецессивных мутаций, считая их эволюционно бесполезными: именно скрытый в гетерозиготах резерв рецессивных аллелей часто спасает популяцию при резкой смене условий среды.

Краткий словарь терминов

Мутация — устойчивое скачкообразное изменение структуры генетического материала.

Генные мутации — изменения строения отдельного гена.

Хромосомные мутации — изменения структуры хромосом.

Геномные мутации — изменения числа хромосом (полиплоидия, анеуплоидия).

Комбинативная изменчивость — изменчивость, возникающая за счёт нового сочетания уже существующих аллелей при половом размножении.

Кроссинговер — обмен участками между гомологичными хромосомами в мейозе.

Резерв наследственной изменчивости — запас скрытых, преимущественно рецессивных аллелей в генофонде популяции.

Заключение

Мутационная и комбинативная изменчивость составляют элементарный материал эволюции: мутации поставляют принципиально новые аллели, а комбинативная изменчивость многократно умножает их сочетания, создавая огромное фенотипическое разнообразие внутри популяции. Однако само по себе разнообразие не определяет направления эволюции — судьбу того или иного варианта в популяции решает борьба за существование и естественный отбор, действию которых посвящена следующая тема.

Запишитесь на бесплатный урок

Определим уровень, покажем формат занятий и составим план подготовки.