Глава 3. Организменный уровень

Закономерности изменчивости: мутационная изменчивость

Вопрос 1. В чем основные различия между модификациями и мутациями?

Модификационная изменчивость — фенотипическая, т. е. не затрагивает генотипа. Поэтому модификации не передаются из поколения в поколение. Если фактор, ее вызывающий, прекращает свое действие, то через какое-то время модификация может исчезнуть. Мутационная изменчивость представляет собой изменения генотипа, возникающие под влиянием факторов внешней и внутренней среды, относится к генотипической, т. е. мутации передаются из поколения в поколение.

Модификации носят адаптивный характер: благодаря им организм приспосабливается к изменившимся условиям среды. Например, загар, образующийся при избыточной инсоляции, служит защитой глубоких слоев кожи и других органов и тканей от сильного ультрафиолетового излучения. Это происходит благодаря пигменту меланину, который на солнце образуется в коже в больших количествах. Мутации же далеко не всегда являются полезными. Часто они вредны для организма и снижают жизнеспособность особи.

Модификации носят групповой характер: в одинаковых условиях все особи одного вида изменяются сходным образом. Кроме того, зная, какой фактор действует на группу организмов одного вида, можно предположить, в каком направлении произойдут изменения. Мутации возникают внезапно, ненаправленно, один и тот же мутаген у разных организмов может вызвать разные мутации.

Вопрос 2. Какие мутации вы знаете?

Генные, или точечные, мутации затрагивают структуру гена, т. е. происходит нарушение последовательности нуклеотидов в молекуле ДНК. Например, нарушение в последовательности нуклеотидов АГГЦЦА может быть связано с потерей (АГ_ЦЦА), с добавлением (АГГТЦЦА) или заменой (АГТЦЦА) одного из них.

Результатом генных мутаций является образование нового белка. Даже один измененный нуклеотид может оказать большое влияние на жизнеспособность организма. Если новый белок, появившийся при участии мутантного гена, будет сильно отличаться по своей структуре и свойствам от первоначального, организм может погибнуть. Несущественные изменения в белке не отразятся на жизнеспособности особи.

Хромосомные мутации связаны с изменением структуры хромосом. Структура хромосомы изменяется при нарушении порядка расположения в ней генов. Так, правильная последовательность A-B-C-D-E-F при утрате участка может превратиться в A- -C-D-E-F, а при внезапном удвоении — в A-B-C-D-C-D-E-F. Могут быть и другие изменения.

Число хромосом также подвержено изменениям. В этом случае имеют место так называемые геномные мутации.

Гено́м — совокупность генов, характерных для гаплоидного набора хромосом в организме определенного вида. Если число хромосом удваивается, утраивается, т. е. увеличивается на целые хромосомные наборы, то речь идет о полиплоидии (от греч. polyplos — многократный, eidos — вид). Возникает полиплоидия в результате нарушения расхождения хромосом в мейозе.

Хромосомный набор может увеличиваться или уменьшаться на одну, две и более хромосом. Такие мутации, как правило, влекут за собой нарушения в строении и функционировании жизненно важных систем органов. Болезнь Дауна — классический пример подобной мутации: у людей с таким заболеванием в 21-й паре три хромосомы.

Вопрос 3. Чем можно искусственно увеличить число мутаций?

Число и многообразие мутаций можно увеличить, используя мутагены. К мутагенам — факторам, вызывающим мутации, относят в первую очередь ионизирующее излучение. Радиация увеличивает число мутаций в сотни раз. Мутагенами являются также ультрафиолетовая радиация, различные химические соединения, в том числе токсичные для организма вещества.

Вопрос 4. Какие мутации встречаются чаще — полезные или вредные?

Так как мутации — нарушения отрегулированного в течение миллионов лет естественным отбором генотипа, то в основном они вредны для организма, даже нередко приводят к гибели особи. Иногда мутации могут быть выгодны организму в определенных условиях. Например, на островах часты сильные ветры, и летающие насекомые часто гибнут. В этих условиях благодаря мутациям появились бескрылые формы, которые оказались в более выгодных условиях, чем насекомые с крыльями.