Все о мутации Эволюционная роль

Все о мутации. Эволюционная роль

Мутацией называют стойкие изменения в генотипе, которые происходят из-за влияния внешних и внутренних факторов. Родоначальником термина является Гуго де Фриз — голландский ботаник и генетик. Процесс, когда появляются мутации, именуется мутагенезом. В сегодняшней статье мы затронем тему мутирования и поговорим о том, какова роль мутации в процессе эволюции.

Причины явления

Процесс мутации характеризуется двумя качествами — спонтанностью и индуцированностью. Появление спонтанной мутации характеризуется самопроизвольностью и встречается на любой стадии развития организма. Что касается окружающей среды, то она должна быть естественной.

Индуцированный вид мутации является наследственным изменением генома, которое происходит вследствие воздействия различных мутагенов. Организмы помещаются либо в искусственно созданные (экспериментальные), либо в неблагоприятные окружающие условия.

Живые клетки воспринимают мутагенез как естественный для них процесс. К основным процессам, ответственным за мутацию, относят: репликацию и нарушенность восстановления ДНК, транскрипционный процесс и генетическую рекомбинацию.

Мутагенез и его модели

В объяснении и понимании природы и механизмов появления мутаций помогают специальные научные подходы. Полимеразные изменения основываются на теории о прямой и единственной зависимости мутаций с ошибками ДНК-полимера. В таутомерных моделях мутагенеза, предложенных двумя известными биологами, впервые была затронута мысль о том, что основной пласт мутаций заключается в возможности ДНК-оснований располагаться в разных таутомерных формах.

Ранняя классификация мутаций

Генетиком Меллером была создана классификация мутаций, основанная на видах изменения функционирования генов. Как результат появились следующий виды:

  1. Аморфный. Во время мутирования ген теряет практически все свои функции. Примером мутации могут служить изменения у дрозофилы.
  2. Гипоморфный. Изменившиеся аллели продолжают действовать по тому же сценарию, что и дикие. Синтезирование белкового продукта проводится в меньшем количестве.
  3. Антиморфный. Изменение мутантного признака. Примерами мутации стали некоторые зерна кукурузы — окрашиваются в бурый цвет, а не в пурпурный.
  4. Неоморфный.

Поздняя классификация мутаций

В современных научных справочниках есть упоминание о формальной классификации, которая отталкивается от изменений, проходящих в различных структурах. Исходя из этого разделения, выделяются следующие мутации:

  1. Геномные.
  2. Хромосомные.
  3. Генные.

С геномными мутациями связаны изменения хромосом, общее количество которых не соотносится с галоидным набором.

Хромосомным мутациям приписывают перестройку отдельных хромосом в большом количестве. Генетический материал в таком случае теряет какую-то часть или, наоборот, удваивает ее.

Что касается генной мутации, то она лишь незначительно изменяет ДНК-структуру гена, в отличие от других видов, однако ее возникновение случается гораздо чаще.

Внутри генного вида выделяется еще один подвид, именуемый точечной мутацией. В ней одно азотистое основание заменяется на другое.

Эволюционная роль мутации

Бывает и такое, что вредность мутаций постепенно заменяется на полезность. Толчком для таких изменений становятся постоянно меняющиеся условия существования организмов. Так какую роль играют мутации?

Возьмем в пример естественный отбор — известный эволюционный процесс, во многом зависящий от изменчивости. Рассмотрим эволюционную роль мутации на примере мутантов-меланистов (особей с темной окраской), которые были обнаружены английскими учеными 14 века при изучении березовых пядениц. Помимо бабочек, окрашенных в типично светлые цвета, были найдены и другие особи, чей окрас был гораздо темнее. Причиной такого сильного отличия стал мутировавший ген.

Дело в том, что обычным местом обитания для таких бабочек являются деревья, на стволах которых обильно растет лишайник. Царившая в ранние годы промышленная революция вместе с сильным загрязнением атмосферных слоев привели к гибели лишайников. На когда-то светлых стволах появилась копоть, которая мешала естественной маскировке березовой пяденицы. Все это привело к тому, что особи, чьим место обитания были промышленные районы, изменили цвет своего морфа со светлого на темный. Такая эволюционная роль мутации помогла выжить многим бабочкам, в то время как их не очень удачные светлые сородичи стали жертвами нападений хищных птиц.

Подобные изменения происходят у самых разнообразных видов по всему миру. Появление таких полезных признаков, являющихся основой эволюционной роли мутации, приводит к тому, что естественный отбор дает начало новым подвидам и видам среди живых организмов. Мутирование происходит постоянно, потому что это естественная способность наших генов.

Еще больше информации о мутации вы найдете в учебниках по биологии и специальной научной литературе.

Источник

Параграф 11. Эволюционная роль мутаций — 9 класса — Мамонтова, Захарова (рабочая тетрадь).

1. Допишите предложение.
Приоритет в исследовании генетических процессов в популяции принадлежит выдающемуся русскому ученому С. С. Четвертикову.

Читайте также:  Мировой рынок Международная торговля и эффективность национальной экономики

2. Ответьте, в чем заключается эволюционная роль мутаций.
Мутационный процесс – источник резерва наследственной изменчивости популяций. Поддерживая высокую степень генетического разнообразия популяций, он создает основу для действия естественного отбора.

3. Наблюдения за природными популяциями показывают, что большинство организмов гетерозиготно по многим генам. Дайте объяснение этого феномена.
Большинство организмов гетерозиготно по многим генам, то есть в их клетках парные хромосомы несут разные формы одного и того же гена. Чаще всего такие организмы лучше приспособлены к среде, чем гомозиготные.

4. Объясните причину (причины) различий в генетической структуре популяций одного вида.
Генетические различия между популяциями существуют потому, что часто они обитают в отличающихся условиях обитания. Направленное изменение частоты генов обусловлено действием естественного отбора. Кроме того, даже если популяции расположены близко друг от друга, в популяциях происходят процессы, приводящие к ненаправленному, случайному изменению частоты генов, то есть генетической структуры.

5. Приведите определение генофонда популяции (вида).
Генофонд популяции — это совокупность всех генов популяции.

6. Напишите, что такое резерв наследственной изменчивости и каково его биологическое значение.
Резерв наследственной изменчивости – это мутационный процесс.
Его биологическое значение – мутации создают основу для генетического разнообразия популяций, что в дальнейшем может образовать новые виды. То есть мутации могут привести к видообразованию.

7. Раскройте смысл утверждения: «Некоторые вредные мутации имеют положительное эволюционное значение». Приведите пример.
В некоторых необычных условиях мутации помогают выжить и дают преимущество перед другими особями. Например, у некоторых видов насекомых наблюдается мутация, при которой не развиваются крылья. В обычных условиях это приносит вред, но на островах и горных перевалах, где дуют сильные ветры, отсутствие крыльев позволяет насекомым нормально существовать.

8. Выберите из нижеприведённых вариантов правильный ответ на вопрос и подчеркните его.
Какой (какие) из нижеперечисленных факторов является (являются) фактором-поставщиком (факторами-поставщиками) генетической неоднородности популяции?
Ответ: изоляция, мутационный процесс, естественный отбор, волны численности, миграция.

9. Закончите предложение.
Эволюционным фактором, усиливающим и закрепляющим генетические различия между популяциями, является изоляция.

10. Приведите определение микроэволюции.
Микроэволюция – это изменения популяций в ходе естественного отбора, ведущие к видообразованию.

Источник

Эволюционная роль мутаций

Благодаря изучению генетических процессов в популяции живых организмов, эволюционная теория получила новый толчок и дальнейшее развитие. Велик вклад в популяционную генетику русского учёного С. Четверикова. Он обратил внимание на насыщенность природных популяций рецессивными мутациями, а так же на колебания частоты генов в популяциях, в зависимости от действия факторов внешней среды и обосновал положение о том, что эти два явления – ключ к пониманию процессов эволюции.

Действительно, мутационный процесс – постоянно действующий источник наследственной изменчивости. Гены мутируют с определённой частотой. Подсчитано, что в среднем одна гамета из 10 тыс. – 1 млн. гамет несёт вновь возникшую мутацию в определённом локусе. Так как одновременно мутируют многие гаметы, то 10-15% гамет несут те или иные мутационные аллели. Поэтому природные популяции насыщены самыми разнообразными мутациями. Благодаря комбинативной изменчивости, мутации могут широко распространяться в популяциях. Большинство организмов гетерозиготно по многим генам. Можно было бы предположить, что в результате полового размножения среди потомства будут постоянно выделяться гомозиготные организмы, а доля гетерозигот должна неуклонно падать. Однако этого не происходит. Дело в том, что в подавляющем большинстве случаев гетерозиготные организмы лучше приспособлены, чем гомозиготные.

В примере с бабочкой, березовой пяденицей, казалось бы, светлоокрашенных бабочек, гомозиготных по рецессивному аллелю (аа), обитающих в лесу с тёмными стволами берёз, быстро должны уничтожить враги и единственной формой в данных условиях обитания должны стать тёмноокрашенные бабочки, гомозиготные по доминантному аллелю (АА). Но на протяжении длительного времени в закопчённых берёзовых лесах Юга Англии постоянно встречаются светлые бабочки берёзовой пяденицы. Оказалось, что гусеницы, гомозиготные по доминантному аллелю, плохо усваивают листья берёз, покрытые гарью и копотью, а гетерозиготные гусеницы растут на этом корме гораздо лучше. Следовательно, большая биохимическая гибкость гетерозиготных организмов приводит к их лучшему выживанию и отбор действует в пользу гетерозигот.

Таким образом, хотя большинство мутаций в данных конкретных условиях оказываются вредным и в гомозиготном состоянии мутации, как правило, снижают жизнеспособность особей, они сохраняются в популяциях благодаря отбору в пользу гетерозигот.

Для понимания эволюционных преобразований важно помнить, что мутации, вредные в одних условиях, могут повышать жизнеспособность в других условиях среды. Помимо приведённых примеров можно указать на следующий. Мутация, обуславливающая недоразвитие или полное отсутствие крыльев у насекомых, безусловно, вредна в обычных условиях и бескрылые особи быстро вытесняются нормальными. Но на океанических просторах и горных перевалах, где дуют сильные ветры, такие насекомые имеют преимущество перед особями с нормально развитыми крыльями.

Читайте также:  Вопросы которые присылают россияне к Прямой линии с Путиным

Таким образом, мутационный процесс – источник резерва наследственной изменчивости популяций. Поддерживая высокую степень генетического разнообразия популяций, он создаёт основу для действия естественного отбора.

Генетические процессы в популяциях

В разных популяциях одного вида, частота мутационных генов неодинакова. Практически нет двух популяций с совершенной частотой встречаемости мутационных признаков. Эти различия могут быть обусловлены тем, что популяции обитают в неодинаковых условиях внешней среды. Направленное изменение частоты генов в популяциях обусловлено действием естественного отбора. Но и близко расположенные, соседние популяции могут отличаться друг от друга столь же значительно, как и далеко расположенные. Это объясняется тем, что в популяциях ряд процессов приводит к ненаправленному случайному изменению частоты генов, или, другими словами, их генетической структуры.

Например, при миграции животных или растений, на новом месте обитания появляется незначительная часть исходной популяции. Генофонд вновь образованной популяции неизбежно меньше генофонда родительской популяции, и частота генов в ней будет значительно отличаться от частоты генов исходной популяции. Гены, до того редко встречающиеся, вследствие полового размножения быстро распространяются среди новой популяции. В то же время широко распространённые гены могут отсутствовать, если их не было в генотипе основателей новой популяции.

Другой пример. Природные катастрофы – лесные или степные пожары, наводнения и т.п. – вызывают массовую, неизбежную гибель живых организмов, особенно малоподвижных форм: растений, грибов, моллюсков, земноводных и т.д. Особи, избежавшие гибели, остаются в живых благодаря чистой случайности. В популяции, пережившей катастрофу, происходит понижение численности. При этом частоты аллелей будут иными, чем в исходной популяции. Вслед за спадом численности начинается массовое размножение, начало которому даёт оставшаяся, немногочисленная группа. Генетический состав этой группы определяет генетическую структуру всей популяции в период её расцвета. При этом некоторые мутации могут совсем исчезнуть, а концентрация других может случайно резко повыситься.

В биоценозе часто наблюдаются периодические колебания численности популяций, связанные со взаимоотношениями типа «хищник – жертва». Усиленное размножение объектов охоты хищников на основе увеличения кормовых ресурсов приводит, в свою очередь, к усиленному размножению хищников. Увеличение же численности хищников вызывает массовое уничтожение их жертв. Недостаток кормовых ресурсов обуславливает сокращение численности хищников и восстановление размеров популяций жертв. Эти колебания численности называются волнами численности. Они изменяют частоту генов в популяциях, в чём и состоит их эволюционное значение.

К изменениям частоты генов в популяциях приводит так же ограничение обмена генами между ними, вследствие пространственной изоляции. Реки служат преградой для сухопутных видов, горы и возвышения изолируют равнинные популяции. Каждая из изолированных популяций обладает специфическими особенностями, связанными с условиями жизни. Важное следствие изоляции – близкородственное скрещивание – инбридинг. Благодаря инбридингу рецессивные аллели, распространяясь в популяции, проявляются в гомозиготном состоянии, что снижает жизнеспособность организмов. В человеческих популяциях, изоляты, с высокой степенью инбридинга встречаются в горных районах и на островах. Сохранила ещё значение изоляция отдельных групп населения по кастовым, религиозным, расовым и другим причинам.

Эволюционное значение различных форм изоляции состоит в том, что она закрепляет и усиливает генетические различия между популяциями, а так же в том, что разделённые части популяции или вида подвергаются неодинаковому давлению отбора.

Таким образом, изменения частоты генов, вызванные теми или иными факторами внешней среды, служат основой возникновения различий между популяциями и в дальнейшем обусловливают преобразование их в новые виды. Поэтому изменения популяций в ходе естественного отбора называют микроэволюцией.

Источник

Эволюционная роль мутации

Одной из главных движущих сил эволюций по Ч. Дарвину является наследственная изменчивость. Более-менее очевидно, что Ч. Дарвин изучал наследственную изменчивость, не обладая современными генетическими представлениями. Сегодня известно, что наследственная изменчивость – это результат полового процесса и мутационного процесса (см. Схема 1).

Мутационный процесс – это один из главных источников наследственной изменчивости.

Гены мутируют с определенной частотой.

По современным представлениям, вероятность возникновения мутации в конкретной паре нуклеотидов составляет около 10 -8 . Поэтому, если человеческий геном состоит из около 3 миллиардов нуклеотидов, то каждый человеческий потомок несет около 30 мутаций, которых не было у его родителей.

Читайте также:  Дошкольная педагогика понятие задачи принципы и методы

Мутации широко распространены в популяциях. Не все мутации затрагивают гены – большая часть мутаций накапливается в некодирующих последовательностях.

По своим последствиям для организма, мутации можно условно разделить на вредные, полезные и нейтральные (см. Схему 2).

Полезные мутации чрезвычайно редки. Можно предположить, что организмы, гомозиготные по вредным мутациям, будут постоянно исключаться из популяции. Частота мутантной аллели будет падать, соответственно, будет падать и доля гетерозигот. Но, на самом деле, в популяциях этого не происходит, потому что гетерозиготные организмы, как правило, оказываются более приспособленными к условиям внешней среды.

Рассмотрим это явление на примере популяций бабочки Берёзовой пяденицы. Кажется, что светлоокрашенных бабочек, гомозиготных по рецессивной аллели, обитающих в лесу с темными стволами, должны полностью уничтожить враги. Единственной формой в данных условиях должны стать тёмноокрашенные бабочки, гомозиготные по доминантной аллели. Но на самом деле в закопченных лесах южной Англии постоянно встречаются белые бабочки. Почему? Рецессивные аллели в популяции сохраняются у гетерозиготных организмов (см. Рис .3).

Рис. 3. Две формы березовой пяденицы на темном стволе дерева: легко различимая белая сверху и темная едва заметная под ней

Таким образом, хотя большинство мутаций в генах оказываются вредными, они все-таки присутствуют в популяции. Стоит отметить, что мутации, оказавшиеся вредными в одном случае, могут быть полезными в другом.

Например, мутации насекомых, приводящие к рождению бескрылых особей, безусловно, вредны, и такие особи проигрывают своим крылатым соперникам. Но когда эти насекомые попадают на берег моря или горные перевалы, где дуют очень сильные ветры, то бескрылые особи получают преимущество перед крылатыми насекомыми.

Таким образом, мутационный процесс создает резерв для наследственной изменчивости; увеличивая генетическое разнообразие популяции, он создает основу для естественного отбора.

Скорость возникновения мутаций в целом постоянна для каждого таксона, но в разных царствах живых организмов она отличается. Максимальна эта скорость возникновения мутаций (мутагенеза) у микроорганизмов и вирусов.

Скорость мутаций иногда может скачкообразно возрастать. Обычно это происходит при попадании организма в неблагоприятные условия среды. В таком случае скорость мутации может ускоряться более чем на порядок.

Вредные мутации у диплоидных организмов обычно проявляются только в гомозиготном состоянии. В крупных популяциях такие мутации реже проявляются, чем в малочисленных группах особей. При близкородственном скрещивании (например, между братьями и сестрами) мутантные аллели чаще попадают в гомозиготное состояние и проявляются в фенотипе.

Тема:Эволюционная роль мутации

1.Что такое мутации?

2.Что такое естественный отбор?

3.Что такое приспособленность организмов?

1.Какова роль мутационной изменчивости в процесссе эволюции?

2.Перечислите известные виды отбора и дайте им краткую характеристику. Приведите примеры.

3.Охарактеризуйте приспособленноасть организмов. В результате каких процессов она образуется?Относительна ли прспособленность?

Источник



Мутации, их роль в процессе эволюции

Вопрос 1. Какие популяционно-генетические закономерности выявил русский биолог С.С. Четвериков?
С.С. Четвериков обратил внимание на насыщенность природных популяций рецессивными мутациями, а также на колебания частоты генов в популяциях в зависимости от действия факторов внешней среды и обосновал положение о том, что эти два явления — ключ к пониманию процессов эволюции.
С.С. Четвериков ввел понятие «резерв наследственной изменчивости», подразумевая под этим накопление рецессивных мутаций в генофондах вида. При половом размножении они (рецессивные мутации), переходя в гомозиготное состояние, могут привести к появлению полезных признаков.

Вопрос 2. Какова частота мутирования одного определенного гена в естественных условиях существования особей?
Способность к мутированию — одно из основных свойств гена. Каждый отдельный ген обладает устойчивостью к действию мутагенных факторов; это явление известно как «стойкость» гена. Однако вследствие того, что генов в организме тысячи, общее число мутаций оказывается значительно. Современной науке известно, что гены мутируют с определенной частотой. Подсчитано, что в среднем одна гамета из 100 тыс. — 1 млн несет вновь возникшую мутацию в определенном локусе. Известно, что у дрозофилы 5 % гамет несут мутации. Говорят, что популяции «насыщены» мутациями. Поскольку одновременно мутируют многие гены, то 10—15% гамет несут те или иные мутантные аллели. Поэтому природные популяции насыщены самыми разнообразными мутациями.
Мутационная изменчивость является одним из главных факторов эволюционного процесса. В результате мутаций могут возникать полезные признаки, которые под действием естественного отбора дадут начало новым подвидам и видам.

Источник