Вплив генотипу та факторів навколишнього середовища на розвиток організму

Нині у великих містах нашої країни створено медикогенетичні консультації. Це одна із форм профілактики спадкових хвороб, куди можуть звернутися за порадою здорові батьки дітей, що мають якісь дефекти, або хворі на спадкові хвороби; батьки, один з яких хворіє на спадкову хворобу; здорові батьки, що мають родичів з дефектом розвитку або хворих на спадкові хвороби; подружжя, які перебувають у кровноспорідненому шлюбі, та ін.

Профілактика спадкових хвороб спрямована також на ослаблення дії мутагенних факторів: зменшення опромінення природними і штучними джерелами, зниження вмісту хімічних мутагенів у навколишньому середовищі (промислових відходів, речовин побутової хімії, пестицидів). Слід нагадати, що хімічні речовини (алкоголь, нікотин, наркотики), потрапляючи в організм, можуть змінювати нормальну послідовність нуклеотидів у ДНК і структурі хромосом, порушувати процес розподілу хромосом під час мейозу. Це може призвести до виникнення спадкових хвороб і аномалій розвитку.

Живий організм завжди перебуває в тісному взаємозв'язку з навколишнім середовищем, під впливом факторів якого виявляється одна з найважливіших властивостей організму – його мінливість. Саме вона забезпечує різноманітність організмів у процесі еволюційного розвитку. Якщо в процесі мінливості відбувається зміна генотипу, то ознака, що виникла у відповідь на цю зміну, успадковується і виявляється у наступних поколіннях. Таку мінливість називають генотиповою, мутаційною, спадковою, невизначеною. Якщо ж зміни організму, що виникли У відповідь на вплив навколишнього середовища, не торкнулися генотипу, а лише викликали більшменш значні зміни фенотипу, то йдеться про фенотипову, модифікаційну, неспадкову, визначену мінливість. Такі зміни не успадковуються. Порівняння цих двох типів мінливості наведено в табл. 2.

Вплив умов зовнішнього середовища на розвиток і виявлення ознак. Модифікаційна мінливість.

Мають неспрямований характер; одні й ті самі мутації можуть виникати в результаті дії різних факторів і, навпаки, під впливом одного фактора виникають різні мутації Пристосувального характеру не мають; можуть бути шкідливими, нейтральними, корисними приклад. У кімнатної рослини первоцвіту китайського за звичайних умов за температури від 15 до 20 °С квітки мають червоне забарвлення. Однак, якщо рослину з червоними квітками перенести у приміщення з підвищеною вологістю і температурою 30-35 °С, то нові квітки матимуть білий колір, а в разі повернення рослини у попередні умови знову з'являться червоні квітки. Це означає, що одні й ті самі спадкові властивості виявляються порізному залежно від умов, в яких відбувається реалізація цих властивостей.

Кролі гімалайської породи мають білу шерсть і лише вуха, ніс, лапи і хвіст чорного кольору (іноді бурого). Якщо на спині кролика виголити або вищипати частину білої шерсті й утримувати його на холоді, нова шерсть виросте чорною. Навпаки, на частинах тіла, які мають темну шерсть, за підвищеної температури можуть відрости білі волосини (мал. 2). Подібний результат отримано в дослідах на сіамських котах, У них переважає жовтувате забарвлення, але вуха, ніс, лапи, хвіст чорного кольору. Змінюючи температуру середовища, вдається і у таких котів домогтися темного забарвлення шерсті на всіх частинах тіла або білої на тих його частинах, які зазвичай мають чорний колір.

 

Було проведено серію експериментів над рослинами, що належали до 120 видів. Кожний екземпляр рослин розрізали на дві однакові частини. Одну частину вирощували в умовах теплого м'якого клімату, а другу – високо в горах. Результати дослідів були такими (на прикладі земляної груші). Стебло земляної груші, яка виросла на рівнині, було високим, а вирощеної в горах – дуже низеньким і мало вигляд розетки, притисненої до землі (мал. 2). Така зміна форми стебла – результат пристосування до суворих умов високогір'я. Якщо насіння обох рослин висівати в однотипних умовах, вони дадуть рослини з однаковим фенотипом незалежно від того, яким був фенотип їхніх батьків. Отже, під впливом зовнішніх умов зміни у фенотипі не спричинюють змін генотипу. Навіть на одній рослині листки, які виросли у різних умовах, мають різну форму (явище гетерофілії).

 

Мал. 3. Вплив середовища на форму листків:

1 – стрілолист (у воді листки лінійні, на поверхні води – кулясті, над водою – стрілоподібні) ; 2 – підводні І надводні листки жовтцю водяного; 3 – гетерофілія у череди

 

Наведені приклади підтверджують, що успадковуються не готові ознаки, а певний тип реакції генотипу на вплив зовнішнього середовища. Поява цих модифікацій пов'язана з тим, що умови середовища впливають на ферментативні реакції організму, що росте, і певною мірою змінюють перебіг їх. Цим, зокрема, можна пояснити модифікації, описані вище для первоцвіту, кролів та інших організмів.

Слід підкреслити, що всі модифікаційні зміни не передаються у спадок, оскільки вони не стосуються генотипу, а лише фенотипу.

Діапазон, в якому залежно від умов зовнішнього середовища може змінюватися фенотипове виявлення генотипу, називають нормою реакції. Норма реакції, яка лежить в основі модифікаційної мінливості, формувалась історично в результаті природного добору. Виживали ті організми, в яких під впливом середовища відбувалися фенотипові зміни, що сприяли їх існуванню. Отже, норма реакції відповідає умовам життя, є пристосувальною.

Дуже демонстративні у цьому плані листки жовтцю водяного. Ця рослина росте як у воді, так і на березі. Іноді лише частина рослини занурена у воду. Над водою листки мають широкі пластинки із слабко розрізаними краями; листки цієї самої рослини під водою дуже розчленовані, що запобігає їхньому пошкодженню течією води. Якщо ж зумисне витримувати частину листкової пластинки під водою, а іншу над водою, то надводна частина листка буде нерозчленованою, а підводна набуде глибоких вирізів.

На чистопородних кроленятах одного приплоду було поставлено такий експеримент. Частину кроленят щедро годували, решта ж отримували мінімальний раціон. Дорослі кролі відрізнялися між собою. Проте як би не годували кроленят із першої групи, більшими за певну величину вони не ставали, і навпаки, як би мило не годували тварин Із другої групи, меншими за певні розміри вони також не ставали. Крайні величини росту і тут залежать від норми реакції того генотипу, який тварини дістали у спадок. Отже, будь-яка ознака зумовлена генотипом, але його фенотипове виявлення може змінюватися під впливом умов середовища в межах норми реакції генотипу за цією ознакою.