Народна освіта » Біологія » Причини мутацій. Закон гомологічних рядів спадкової мінливості

Завантаження
 

Причини мутацій. Закон гомологічних рядів спадкової мінливості

Автор: leha от 19-03-2013, 19:20, переглянуло: 2518


У живих істот весь час виникають спонтанні (від лат. спонтанеус - са­мочинний) мутації, наприклад, як помилки при відтворенні генетичного коду. їх можуть також спричиняти переміщення фрагментів з однієї ді­лянки молекули ДНК до іншої, природний радіаційний фон, космічні про­мені, які сягають поверхні Землі, тощо. Частота спонтанних мутацій за­лежить від віку клітин та організмів в цілому.  Герман Джозеф МеллерТак, зі збільшенням віку матерів підвищується частота мутацій, пов’язаних з нерозходженням го­мологічних хромосом під час мейозу. Тому частота народження дітей із синдромом Дауна зростає від ОД % у 30-річних жінок до 2 % у 45-річних. Загальна ймовірність виникнення різноманітних спонтанних мутацій у дітей, народжених матерями віком понад 42 роки, становить близько ЗО %. На частоту спонтанних мутацій впливає і вік батька. Так, у сорока­річних чоловіків кількість нащадків з карликовим зростом, вкороченими кінцівками, сідлоподібним носом зростає вдесятеро порівняно з двадцяти­річними.

Тривалий час причини мутацій залишалися нез’ясованими. Лише 1927 року американ­ський генетик Г.Дж. Меллер (мал. 12.1), опро­мінюючи рентгенівськими променями дрозо­філ, викликав у них різноманітні мутації. Фактори, здатні спричиняти збільшення часто­ти мутацій, називають мутагенними. Мутації, спричинені мутагенними факторами, називають індукованими (від лат. індукціо - спонукання).

Мал. 12.1. Герман Джозеф Меллер (1890-1967) - видат- ний американський генетик. Разом з Т.Х. Морганом брав Участь у розробці хромосомної теорії спадковості. Лауреат Нобелівської премії (1946)

Які Існують групи мутагенних факторів?

Сергій Михайлович ГершензонЗа походженням розрізняють фізичні, ХІміц. ні та біологічні мутагенні фактори, або скорочу, но - мутагени. Серед фізичних мутагенів ндц. більше значення має іонізуюче випромінювана* зокрема рентгенівське. Проходячи через живу речовину, рентгенівські промені вибивають електрони із зовнішньої оболонки атомів або молекул, унаслідок чого ті стають позитивно зарядженими. А вибиті електрони спричи­нюють неконтрольовані хімічні перетворення різних сполук живих організмів.

До фізичних мутагенів також належать ультрафіолетові промені, підвищена темпера­тура тощо. їхня дія призводить до виникнення насамперед генних мутацій, рідше - хромо­сомних.

Хімічні мутагени були відкриті пізніше за фізичні. Значний внесок в їхнє вивчення зроби­ла українська генетична школа, очолювана академіком С.М. Гершензоном (мал. 12.2). Дослідники щорічно відкривають нові хімічні мутагени (зокрема, акридинові барвники, нітритна кислота, гідроген пе- роксид, формальдегід (метаналь), деякі лікарські препарати тощо). На­приклад, алкалоїд колхіцин унеможливлює утворення веретена поділу, що спричинює подвоєння числа хромосомних наборів у клітині. Газ іприт (або гірчичний газ), який використовували як хімічну зброю, підвищує частоту мутацій у піддослідних мишей у 90 разів. Дія незначних концен­трацій цього газу на самців дрозофіли значно підвищує частоту летальних мутацій в Х-хромосомі (до понад 7 %). Нітритна кислота (НЖ)2) здатна спричиняти генні мутації, пов'язані зі зміною пар нуклеотидів, напри­клад ГЦ - на АТ, АТ - на ЦГ. Хімічними мутагенами, зокрема, є наркотич­ні речовини, небезпечний вплив яких виявляється не лише в людини, що їх вживає. Мутації, спричинені наркотиками, можуть передаватись на­щадкам і викликати у них різноманітні спадкові захворювання і вади.

До біологічних мутагенів належать віруси та токсини, що виробляють деякі бактерії. В уражених вірусами клітинах мутації відбуваються знач­но частіше, ніж у здорових. Вивільнення вірусної ДНК та утворення вірус­ної частинки, яка потім заражає інші клітини, може супроводжуватись захопленням частини ДНК хазяїна. У такий спосіб віруси здатні переноси­ти генетичну інформацію між різними особинами одного або різних видів (горизонтальне перенесення генів). Цей процес має важливе значення в еволюції прокаріотів.

Отже, хімічні та фізичні мутагени є універсальними, тобто можуть спричиняти різні типи мутацій у будь-яких організмів.

Чи є біологічні антимутаційні механізми?

малюнокЖиві організми здатні захищати свій генетичний матеріал від мутацій. Так, більшість амінокислот закодована не одним, а кількома триплетами,

12.3. Репарація мопекулиДНК: вілки( 1)розпізна У* 'кінці ушкодженої молекули ДНК (2) і З'єднують «. відновлена молекула ДНК (3)

. таКОж частина генів багато разів повторюєть- сЯ у ланцюзі ДНК. У клітинах існує система -^правлення помилок (системи репараціїX які виникають під час подвоєння молекул ДНК і їхніх змін під впливом мутагенів. Загальний рівень помилок, які залишаються після ре­парації» незначний: менше однієї заміни ну- клеотидів, що припадає на геном еукарюпгоюі клітини при одному подвоєнні ДНК.

Під час репарації ділянки молекули ДНК. змінені внаслідок мутацій, можуть видали­тись за допомогою ферментів. При цьому на місце видаленої ділянки вбудовується інша, з притаманною цій частині молекули послідов­ністю нуклеотидів (мал. 12.3).

Які загальні властивості мутацій?

Здатність до змін спадкової інформації у процесі історичного роаавт ку - універсальна властивість живої матерії. Мутації виникають раптово. Викликані мутаціями зміни можуть успадковуватися. Однакові мутації можуть виникати неодноразово і незалежно від штих. На відміну ви дифікацій, мутації неспрямоваиі. тобто можуть бути шкідливими. дай тральними або корисними.

Фактори, які викликають мутації (мутагени), універсальні, тобто здат­ні спричиняти зміни спадкового матеріалу в організмах усіх видів. Один і той самий фактор, який діє з однаковою інтенсивністю на ідентичні в гене тичному відношенні організми (наприклад, на одояйцвииж близнюків), може викликати в них різні мутації. Разом з тим різні за своєю природою мутагени здатні викликати в організмів неспоріднеяих нидів подібні спад­кові зміни.

На відміну від модифікацій, ступінь вираження змін у фенотипі н» за­лежить від інтенсивності і тривалості дії мутагенного фактору: слабкий мутаген, який діє нетривалий час, іноді здатний спричиняти значніші зміни у фенотипі, ніж сильний. Зі зростанням інтенсивності дії мутаген ного фактору до певної межі частота виникнення мутацій збільшується.

Доза мутагенного фактору - це добуток його тривалості та інтенсив­ності дії.

Частота мутацій зростає при підвищенні дози опромінення лише до певної межі: після того, як опромінення перевищить її, частота мутацій може навіть зменшуватись, оскільки багато клітин втрачають життєздат­ність.

Для мутагенних факторів не існує нижньої межі інтенсивності дії (ниж­нього порогу дії), нижче якої вони не здатні спричиняти зміни спадкового матеріалу. Ця властивість свідчить про те, що носії спадковості організмів необхідно захищати від усіх мутагенів незалежно від снлн та тривалості ЇХНЬОГО впливу.

 

Різні види живих організмів і навіть різні особини одного виду характе- І ризуються неоднаковою чутливістю до дії мутагенних факторів. Так І дорослі особини деяких груп членистоногих (скорпіонів, багатоніжок* І ківсяків) здатні витримувати величезні дози радіації: до 100 000 рад. І А для того щоб вбити клітини деяких бактерій, необхідна доза приблизно І

1  000 000 рад. Для людини смертельні дози у 700 рад і вище. На ранніх І етапах розвитку чутливість організмів до дії мутагенних факторів вища ніж у дорослих особин: доза в 200 рад здатна вбивати зародки комарів,

а дорослі комахи зберігають життєздатність і при опроміненні понад 10 000 рад.

Різні групи людей мають неоднакову радіочутливість: порівняно зі здо­рового дорослою людиною, радіочутливість людей похилого віку вища у

2  рази, дітей - у 5 разів, вагітних жінок - у 50 разів. Розроблені спеціальні санітарні норми радіаційного опромінення, які визначають дози раді я пі у що не мають помітного впливу на людей певної групи. Для більшості лю­дей безпечною вважають дозу 0,05 рад за 1 рік. Доза опромінення у 100 рад викликає променеву хворобу, за якої біологічні функщї можуть порушува­тись настільки, що настає смерть. При цьому слід пам’ятати, що радіоак­тивні сполуки, які потрапили всередину організму, приблизно в 10 разів перевищують за характером свого впливу таку саму дозу радіації, отрима­ну ззовні.

Запам’ятайте: однією з найактуальніших проблем сьогодення є за­хист генофонду людства від впливу мутагенних чинників.

Яке значення мутацій в природі І житті людини?

вченийМутації є джерелом спадкової мінливості — одного з факторів еволюції. Завдяки їм з’являються нові алелі певних генів (їх називають мутантни­ми). Усе різноманіття сучасних та вимерлих форм живих істот завдячує саме мутаціям.

Загальним наслідком мутаційної мінливості є порушення спадкових програм клітин та організмів в цілому. Більшість мутацій шкідлива для живих істот, оскільки вони, проявляючись у фенотипі, знижують присто­сованість до умов існування. За підрахунками вчених, у природних попу­ляціях дрозофіли понад 20 % хромосом несуть хоча б один летальний ре­цесивний алель. Проте нейтральні мутації, як ми вже згадували, можуть виявитися корисними за певних змін середовища життя.

Вавилов М. І.Штучно викликані мутації збільшують різноманіття вихідного матері­алу при селекції рослин і мікроорганізмів. Зокрема, багато культурних рослин є поліплоїдними порівняно з предковими видами;(м’яка пшениця, садові суниці, деякі сорти цукрових буряків тощо).

Мутації застосовують у генетичних методах боротьби зі шкідниками. Для цього в лабораторних умовах на самців шкідливого для людини виду діють мутагенами (наприклад, рентгенівськими променями), які викли­кають нездатність до запліднення. Далі їх випускають в природу, де вони паруються із самками з природних популяцій. Але відкладені такими самками яйця виявляються нежиттєздатними. Таким чином, не за­бруднюючи довкілля отрутохімікатами, можна достатньо ефективно знижувати чисельність шкідників. Роботи з розробки генетичних ме-

Мал. 12.4. Російський генетик Олександр Сергійович серебровський (1892-1948) на початку 40-х років XX ст. оозробляв генетичні методи боротьби зі шкідливими для людини             видами

ТОДІВ боротьби зі шкідливими для людини ви­дами започаткував російський учений О.С. Се­ребровський (мал. 12.4).

Існують і певні закономірності мутаційного процесу, який відбувається у споріднених орга­нізмів. Цю закономірність, відкриту видатним російським генетиком і селекціонером М. І. Ва- виловим (мал. 12.5), названо законом, гомоло­гічних рядів спадкової мінливості:

генетично близькі види і роди характеризуються подібними рядами спадкової мінливості з такою правильністю, що, вивчивши ряд форм Чг у межах одного виду або роду, можна передбачити наявність форм з подібним поєднанням ознак у межах близьких видів або родів.

Гомологічні ряди спадкової мінливостіМ. І. Вавилов встановив цю.закономірність для рослин, але вона виявилася універсальною для всіх організмів. Чим тісніші родинні зв’язки між організмами, тим подібніші ряди їх спад­кової мінливості (мал. 12.6).

Генетичною основою закону гомологічних рядів спадкової мінливості є те, що ступінь іс­торичної спорідненості організмів прямо пропор­ційний числу їхніх спільних генів. Тому і мута­ційні зміни цих генів можуть бути подібними.

Фенотипно це проявляється у вигляді подібної мінливості багатьох ознак у близьких видів, ро­дів і т. д.

Закон гомологічних рядів (закон Вавилова) висвітлює матеріальні основи спільного історич­ного розвитку споріднених груп живих істот.

Спираючись на нього і вивчаючи спадкову мін­ливість близьких видів, селекціонери планують

роботу зі створення нових сортів рослин і порід тварин із заздалегідь визна­ченими спадковими ознаками. Тобто внаслідок дослідження сукупності сортів (порід) одного виду можна планувати виведення сортів або порід із подібним набором спадкових ознак у межах іншого близького виду. Цей за­кон дає можливість передбачити знахідки нових для науки систематичних груп (видів, родів тощо) з ознаками, притаманними спорідненим групам.


загрузка...
загрузка...

Категорія: Біологія