можно охарактеризовать с помощью вариационной кривой
Модификационная изменчивость свойства, примеры и значение
В каждый организм заложена возможность приспосабливаться к условиям окружающей среды — это и есть модификационная изменчивость. Именно благодаря модификациям возможна жизнедеятельность живых существ.
Без способности к адаптациям малейшие изменения в показателях температуры, питания, освещенности, поставили бы целые виды на грань исчезновения.
Что такое модификационная (фенотипическая) изменчивость
Модификационная изменчивость сложилась в результате эволюции, как реакция организма на перемены в условиях существования.
Отличительной особенностью модификаций является то, что изменения происходят в границах фенотипа, т. е. набора внешних и внутренних особенностей организма, которые появились в ходе его развития. Поэтому в литературе встречается равнозначное наименование фенотипическая изменчивость.
Воздействие на живую клетку неизменно приводит к ответной реакции. Реагируя на внешний раздражитель, клетки направляют сигналы к генам, что приводит к изменениям в синтезе белков, отвечающих за физиологию организма. Тем не менее перемены, происходящие в фенотипе, имеют предел, который называется нормой реакции.
В зависимости от того, в какой степени изменяется тот или иной признак фенотипа, в биологии различают следующие нормы реакции:
Варианты развития модификации организма, расположенные по возрастанию или убыванию, образуют вариационный ряд. Связь между признаком фенотипа и частотой его проявления наглядно отражает график в виде кривой.
Эти статистические методы необходимы в важных сферах деятельности человека: сельском хозяйстве, медицине, промышленности. Вариационная кривая позволяет выявить закономерности фенотипической изменчивости, границы норм реакции, спрогнозировать значения показателей.
Примеры модификационной изменчивости
Модификационные изменения организма – ответ на перемены в условиях существования.
Рацион питания, температура окружающей среды, уровень влажности и освещенности – от этих и многих других факторов зависит внешний вид организма, поведение его клеток.
Примеры в различиях фенотипа доступны на каждом шагу – одуванчик, выросший в поле, отличается от одуванчика, выросшего в горах, высотой стебля, расположением листьев, развитостью корневой системы.
Другой пример – растения одного вида будут различаться размерами в зависимости от уровня освещенности и количества питательных элементов в почве. В зависимости от температуры, изменяется окраска шерсти некоторых животных.
Фенотипические изменения можно наблюдать и у человека. Наиболее ярким примером служит загар, возникающий в виде защитной реакции на воздействие ультрафиолета.
У жителей северных стран смуглый цвет кожи – временное явление, что говорит об адаптивном характере данной модификации. Частые физические нагрузки также ведут к изменению в фенотипе – укрепляются мышцы и кости организма.
Не все модификационные изменения проявляются внешне, порой они происходят только на клеточном уровне. В условиях разреженного воздуха организм человека, стремясь поддержать жизнедеятельность, увеличивает уровень эритроцитов в крови, которые доставляют кислород к органам и тканям.
Это явление наблюдается при подъеме в горы. Поэтому альпинисты уделяют особое внимание адаптации к резко изменившимся условиям окружающей среды.
Свойства модификационной изменчивости
Модификационная наследственность не наследуется. Её проявления носят временный характер. Изменение генотипа при этом не происходит – гены, которые передаются потомкам, не затрагиваются.
Особи одного вида, помещенные в одинаковые условия, будут иметь схожие перемены в фенотипе, что говорит о групповом характере модификационной изменчивости.
Обычно модификации не сохраняются надолго и исчезают при возвращении к исходным условиям. Этими признаками определяется закономерность и предсказуемость изменений.
Полезна или вредна модификационная изменчивость? Здесь ответ простой модификации помогают организму адаптироваться к перемене окружающих условий, а значит выжить.
Отличие мутационной от модификационной изменчивости
Мутация, как и модификация, ведет к изменению организма, однако происходит это благодаря изменениям в наследственном материале, путем перестройки генов, хромосом, генома.
Особь, подвергнутая мутациям, остается такой до конца жизни, и в дальнейшем передает ген с мутацией своим потомкам.
Воздействие радиации, химических веществ, изменение температурного режима – частые причины возникновения мутаций. Их появление спонтанно – под воздействием одного и того же фактора появившиеся признаки с большой вероятностью будут различны.
В то же время мутация – важнейший двигатель эволюции, поскольку в ходе естественного отбора свой род продолжают лишь носители полезных изменений, которые обеспечивают им конкурентное преимущество.
Модификации и их характеристики
Изменения фенотипа возникают по различным причинам, а степень их проявления зависит от интенсивности воздействия факторов окружающей среды.
Классифицировать виды модификационной изменчивости можно следующим образом:
Стоит отметить: подобное деление достаточно условно, поскольку фенотип нередко формируется как совокупность всех изменений.
Медицинское значение фенотипической изменчивости
Как и все живое, человек подвержен модификационным изменениям. Знание закономерностей этого процесса и пределов нормы реакции важно для медицины, чья деятельность направлена на обеспечение здорового развития человеческого организма.
Анализ вариационных рядов и кривых позволяет охарактеризовать нормальное состояние здоровья, а также выявить значения, при которых происходит отклонение от нормы.
Модификационная изменчивость. Норма реакции
Урок 33. Введение в общую биологию и экологию 9 класс ФГОС
В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам
Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобрев в каталоге.
Получите невероятные возможности
Конспект урока «Модификационная изменчивость. Норма реакции»
Живым организмам в следствии каких-либо изменений окружающей среды либо изменений образа жизни свойственно изменяться. Такие изменения чаще все имеют приспособительный характер. Даже защитный.
Например, у человека в результате действия ультрафиолетовых лучей, образуется – загар (усиление пигментации кожи), это защитное свойство организма.
А когда действие ультрафиолетовых лучей прекращается загар постепенно исчезает. В таком случает происходит изменение цвета кожи человека.
Приведем пример других приспособительных изменений. У водного растения стрелолиста, наблюдается гетерофиллия, то есть у него разные по форме листья стреловидные и лентовидные.
У экземпляров, которые растут у кромки воды, то есть на самом берегу водоёма, листья приобрели стреловидную форму. У экземпляров, растущих на глубине 1,5 и более метров, листья имеют только лентовидную форму. Считается что лентовидные подводные листья лучше усваивают растворенный в воде углекислый газ. А вот если стрелолист растет частично погруженным, то его листья имеют и лентовидную и стреловидную форму.
Если исследовать оба экземпляра, один который растет под водой и один надводный, то можно обнаружить, что генотипы их одинаковые, а различны лишь их фенотипические признаки, то есть внешние (фенотип).
Давайте вспомним уже изученные вами определения.
Генотип — совокупность генов организма.
Фенотип — это совокупность внешних и внутренних признаков организма, которые были им приобретены в результате развития.
А вот еще один пример внешней изменчивости.
У потомства двух белых кроликов, выращенных в нормальных условиях, появится «гималайская», окраска, то есть и черная, и белая.
Таким образом можно сделать вывод что модификация окраски потомству не передается; у потомков формируется (или не формируется) пигментация соответственно температуре их содержания.
Такая изменчивость признаков, которая происходит из-за действия внешней среды и не передаётся по наследству, называется модификационной или фенотипической изменчивостью.
Модификациями называют изменения фенотипа, вызванные под влиянием окружающей среды и не связанные с изменениями генотипа. А вид изменчивости называется модификационный. Мы сказали, что такая изменчивость не предаётся по наследству.
Действительно, если родители на протяжении нескольких поколений тренируются и поднимают тяжести, обладают развитой мускулатурой. То такое развитие не передастся следующему поколению. Потому как тренировка — это и есть то воздействие среды, которое влияет на развитие внешнего признака (в данном случае мускулатуры), но никак не влияет на генотип.
Приведём еще один пример модификационной изменчивости человека.
При подъеме в гору, увеличивается уровень эритроцитов в крови. Это явление объясняется тем, что главная функция эритроцитов — это перенос кислорода от легких к тканям и углекислого газа от тканей к легким.
Увеличение высоты над уровнем моря сопровождается снижением концентрации кислорода в атмосфере, что приводит к недостатку его в тканях. Поэтому потребность в кислороде заставляет человека и животных реагировать путём изменения числа эритроцитов на разных высотах.
Такая реакция может быть обратима: например, если переехать в место, расположенное на уровне моря, то количество эритроцитов в крови снижается.
Ещё один пример модификационной изменчивости. Как вы знаете при частых тренировках развивается мышечная система. А при малоподвижном образе жизни и обильном питании, увеличивается объем подкожно-жировой клетчатки и человек становиться полным.
А вот, у бабочки траурницы, при воздействии низких температур на её куколку, темнеет общий фон, и тускнеют голубые пятна на крыльях.
То есть при изменении условий окружающей среды, организмы начинают изменяться.
Итак, какие же факторы могут повлиять на модификационную изменчивость? Чаще всего климатические факторы внешней среды: освещённость, температура, влажность, давление, концентрация кислорода и углекислого газа в воздухе и другие.
Влияние условий окружающей среды на индивидуальное развитие организмов было доказано французским ботаником Гастоном Боннье.
Он разделил несколько экземпляров корней одуванчика на две равные части.
Затем одну из этих частей высадили в долине, другую − в высокогорных условиях Альп. Результаты опытов показали, что данные растения имели значительные различия по многим признакам.
Одуванчик, выросший в горных условиях, был приземистый, имел прикорневые листья и глубокие корни. А одуванчик, выросший в долине, имел высокие цветоносы, более крупные листья и поверхностную корневую систему.
Сильные ветры, значительно укороченный вегетационный сезон, сниженное содержание углекислоты в воздухе, низкие температуры и другие.
Таким образом, биолог Гастон Бонье сделал вывод о влиянии окружающей среды на внешние признаки растений.
Иногда модификационную изменчивость называют ненаследственной, что нельзя считать правильным, так как в данном случае наследуется не само изменение признака, а способность к изменению.
Например, окраска шерсти гималайского кролика, может быть либо чёрный, либо белый в зависимости от температуры, но никак не рыжей. Фенотип организма формируется в результате взаимодействия генотипа и среды.
Каким образом это происходит?
Например, комнатное растение примула при температуре 20°С имеет красную окраску цветков. Если увеличить влажность и повысить температуру до 35°С, то действие генов, отвечающих за окраску, подавляется, и цветки станут белыми. То есть, влажность и температура, действуют на ген, отвечающий за окрас, и изменяют его работу.
Если растение вернуть в прежние условия при температуре воздуха 18-20°С, то примула опять будет иметь красные цветки.
Семена, собранные от растений с красными и белыми цветками, дадут потомство в зависимости от условий среды. То есть, наследуется не признак (окраска цветка), а тип биохимической реакции на условия внешней среды. В данном случае реакции в пигментах цветка.
Возникновение модификаций связано с воздействием условий среды на ферментативные реакции, протекающие в организме.
Таким образом, факторы окружающей среды способны регулировать изменение работы генов. На основе которых строятся белки. А они в совою очередь изменяют деятельность клеток, которые отвечают за какие-либо признаки.
Модификационная изменчивость у человека действует на вес, физические способности. У животных способна изменять окрас покрова, массу тела, а у растений стеблевое строение и развитие.
Однако, эти изменения происходят в определённых пределах. Пределы модификационной изменчивости какого-либо признака, называют нормой реакции. Организм наследует не признак как таковой, а норму реакции.
Например, у рогатого скота удой во многом зависит от кормления и ухода, то есть от условий содержания. Хорошо известно, что удой можно повысить благодаря правильному подбору кормов нужного качества и количества. Однако, количество вырабатываемого молока коровами, будет всегда находиться в каких-то определённых приделах от самого маленького до самого большого удоя. Например, у коровы, количество вырабатываемого молока колеблется от 6 до 12 литров в сутки. То есть не более и не менее этого значения.
Норма реакции определяется генетически и наследуется.
Она имеет пределы или границы для каждого биологического вида (нижний и верхний).
Для разных признаков пределы нормы реакции сильно различаются. Например, широкие пределы нормы реакции имеет величина удоя, а узкие пределы — интенсивность окраски большинства животных.
Модификационную изменчивость любого признака можно описать количественно с помощью методов вариационной статистики и представить в виде графиков и таблиц. Но изначально создают вариационный ряд и строят на его основе вариационную кривую.
Давайте посмотрим, как это происходит.
Если измерить длину и ширину листьев, взятых у одного дерева, то можно обнаружить что размеры их варьируют в довольно широких пределах. Они разные, но генотип их одинаков.
Затем расположить эти листья в порядке возрастания (например, длины), то получится ряд изменчивости, который как мы уже сказали называют вариационный ряд. Он состоит из отдельных вариант.
В нашем случае вариантами являются только 6 значений. Варианта, следовательно, и есть единичное выражение развития признака.
Определим частоту встречаемости разных вариант.
Мы измерили длину каждого листа. Занесём в таблицу наши измерения.
Итак, 1 лист имел длину 43 мм; 1- 45 мм; 2 листа 48 мм; 6 листов имели длину 53 мм; 3 – 56 мм и 1 лист 58 мм.
Обнаружили, что чаще всего встречаются варианты со средним значением длинны, реже с большей или меньшей длинной.
Также модификационную изменчивость данного признака можно представить в виде графика.
Причина такого распределения вариант в вариационном ряду опять же внешняя среда и реакция на неё, организма.
Таким образом, чем однообразнее условия развития, тем меньше выражена модификационная изменчивость, тем короче будет вариационный ряд. А чем разнообразнее условия среды, тем шире модификационная изменчивость. Также изменчивость вариаций зависит и от генотипа.
Модификациям присуща массовость. Дарвин назвал её определённой (групповой). Вот что он писал: «Определённая изменчивость проявляется у всех нормальных особей вида, подвергшихся одинаковому воздействию. Изменчивость расширяет пределы существования и размножения организма.»
Она выражается в том, что один и тот же фактор вызывает примерно одинаковые изменения у особей, сходных генотипически. Поэтому модификационную изменчивость называют групповой.
Например, при перемещении овец в более холодные условия у всех особей шерсть становится более густой.