Реферат: Наследственность и среда

Все клетки имеют постоянно усиливающийся механизм защиты от проникновения ненужных веществ из окружающей среды. В клетках эту функцию выполняет клеточная мембрана. Оказывается, она свою функцию может увеличить в сотни раз за счет синтеза особого белка, которого в сотни раз становится больше, чем в обычных клетках.

Но всякое изменение синтеза сопряжено с изменением в геноме. А это происходит только тогда, когда действующий фактор среды "требует" усиления ответной реакции, то есть функции. Подтверждением данной схемы существующего в природе механизма изменчивости служит клонально-селекционная теория. Потребовалось около 100 лет, чтобы выработать такую теорию, которая объясняет образование антител, защищающих организм от вторжения чужеродных частиц.

Мы опускаем весь ход исследований по этому вопросу, об этом можно прочитать в журнале "В мире науки" № 10, 1987 г., а используем лишь конечный результат данных исследований, которые легли в основу клонально-селекционной теории. Суть их заключается в том, что антиген, связывающий участок антитела, является продуктом не менее, чем пяти генов, в каждом из которых имеются вариабельные участки.

В ходе дифференцировки лимфоцитов эти гены рекомбинируют и для каждой клетки создается их уникальное сочетание. Это сочетание и определяет специфичность антител, производимых данной клеткой. Происходит она под влиянием стимуляции антигеном и усиленным размножением клона клеток, специфичных к данному чужеродному агенту. В результате в кровь выбрасываются антитела, способные вступить с ним в борьбу. Если организм функционально способен обеспечить достаточный выброс специфических антител, то он справляется с инфекцией и выживает, а если нет, то гибнет.

Подобные явления происходят и с растительными организмами. Судьба растения, пораженного инфекцией, зависит от того, насколько быстро оно сумеет обнаружить присутствие в своих тканях болезнетворных микроорганизмов и включить защитные системы. Но что заставляет растение бить тревогу? Ведь не может же оно "знать в лицо" всех своих многочисленных врагов. Оказывается, в этом нет нужды.

Растения возбуждаются, соприкасаясь с особыми веществами, получившими название элиситоры, которые принадлежат микроорганизму, находятся на его поверхности и первыми вступают в контакт с растениями, вызывая реакцию сверхчувствительности. Спустя несколько часов растения образуют фитоалексины. Выяснилось также, что если удается на некоторое время задержать гибель поверхностных клеток растения, то на это же время переносится и начало синтеза фитоалексинов. И наоборот, если гибель клеток ускорить, ускоряется и выработка антибиотических веществ. Значит, сами элиситоры вызывают лишь реакцию сверхчувствительности, а уже погибающие клетки передают сигнал, приводящий растение в состояние боевой готовности.

Было и открыто вещество, выделяемое умирающими клетками, которое и является носителем сигнала. И чем больше послано сигналов с призывом о помощи, тем больше будет выработано фитоалексинов. Растение, вырабатывая антибиотики, становится способным во всеоружии встретить проникновение в свои ткани возможных агрессоров.

Если искусственно обработать растение слабым раствором элиситора, то происходит при этом перестройка растительных клеток и растение значительно быстрее реагирует на агрессию. Вот какими возможностями обладает живая материя, и возникают эти возможности не случайно, а закономерно. Организмы раскручивают свой потенциал во времени и в постоянно меняющихся условиях среды.

Все это приобретено в процессе развития жизни на Земле, в процессе ее эволюции. Поэтому неудивительно, что жизнь достигла таких высот в своем совершенствовании. Но этот процесс не закончился. Он идет, и будет продолжаться до тех пор, пока будут условия для развития жизни на Земле. В этой связи, человек, как высшее творение природы, должен поставить перед собой задачу не только раскрыть секреты развития природы, но и использовать их в своей практической деятельности. Главное здесь - не ждать "слепого случая"; а вдруг что-то произойдет, и нам крупно повезет. Это утопия. Утопистами можно называть и тех, кто отстаивает и проповедует эту точку зрения.

Случайное и бесцельное, то есть без всякого на то основания, появление мутаций, появление их неопределенного множества и без определенного значения ведет к тому, что роль среды сводится только к отбору тех из них, которые необходимы в данных условиях. Без условий среды, как видим, и здесь не обходится, но роль ее совершенно иная. Среда здесь не "мастер", а "палач". Природа не "мастерская", а "похоронное бюро". Строить на этих концепциях эволюционную теорию - абсурд. Доказательством этого вывода являются и недавно полученные экспериментальные данные в школе здравоохранения Гарвардского университета

Наконец-то получены данные, которые поставили под сомнение фундаментальный принцип современной биологии - представление о случайности возникновения мутаций.

Д. Кейрнс и его коллеги заявили, что методика классических экспериментов С. Лурия и М. Дельбрюка не позволяла обнаружить дополнительные мутации, возникающие в ответ на новую потребность.

Кейрнс с сотрудниками повторил опыты Лурия и Дельбрюка. Помимо ожидаемых предшествующих мутантов, они обнаружили и такие, которые образовались в ответ на новый внешний фактор. В их опытах - это присутствие лактозы.

С традиционной точки зрения появление подобных экстрамутаций не объясняется. Это и позволило Кейрнсу сделать очень важное заявление. "Поразительно, сколь малообоснованным было общепринятое мнение".

Подобные результаты получены и другими экспериментаторами. Например, Б. Холл из Коннектикутского университета обнаружил, что частота одной полезной мутации в условиях 'жесткой селекции повышается в 50 раз. По мнению Холла, такие факты свидетельствуют, что клетки каким-то образом могут распознавать, какая мутация была бы выигрышной и увеличивать вероятность ее возникновения.

Механизм возникновения функционально-структурных модификаций Холлу и Кейрнсу не известен, поэтому они делают вывод, что природа этой поразительной способности на сегодняшний день совершенно неизвестна.

В этих условиях мы уже сейчас должны осмыслить свою теоретическую и практическую деятельность с новых позиций, чтобы не допускать ошибок и в своей социальной деятельности. Для этого необходимо сопоставить все то, что человечеству уже удалось сделать и, прежде всего, в сравнении с существующими теориями эволюции доказать значение функционально-структурных модификаций в эволюционном процессе.

2. Роль генетики и окружающей среды в изменчивости признаков.

Большую роль в формировании признаков организмов играет среда его обитания. Каждый организм развивается и обитает в определенной среде, испытывая на себе действие ее факторов, способных изменять морфологические и физиологические свойства организмов, т.е. их фенотип. Изменчивость организмов, возникающая под влиянием факторов внешней среды и не затрагивающая генотипа, называется модификационной.

 Модификационная изменчивость называется фенотипической, так как под влияние внешней среды происходит изменение фенотипа, генотип остается неизменным. Классическим примером изменчивости признаков под действием факторов внешней среды является разнолистность у стрелолиста: погруженные в воду листья имеют лентовидную форму, листья, плавающие на поверхности воды, - округлую, а находящиеся в воздушной среде, - стреловидные. Если же все растение оказывается полностью погруженным в воду, его листья только лентовидные. Под действием ультрафиолетовых лучей у людей (если они не альбиносы) воз-никает загар в результате накопления в коже меланина, причем у разных людей интенсивность окраски ко-жи различна. Если же человек лишен действия ультрафиолетовых лучей, изменение окраски кожи у него не происходит.

 Модификационная изменчивость носит групповой характер, то есть все особи одного вида, помещенные в одинаковые условия, приобретают сходные признаки. Например, если сосуд с эвгленами зелеными поместить в темноту, то все они утратят зеленую окраску, если же вновь выставить на свет - все опять станут зелеными.

 Модификационная изменчивость является определенной, то есть всегда соответствует факторам, которые ее вызывают. Так, ультрафиолетовые лучи изменяют окраску кожи человека (так как усиливается синтез пигмента), но не изменяют пропорций тела, а усиленные физические нагрузки влияют на степень развития мышц, а не на цвет кожи.

Однако не следует забывать, что развитие любого признака определяется, прежде всего, генотипом. Вместе с тем, гены определяют возможность развития признака, а его появление и степень выраженности во многом определяется условиями среды. Так, зеленая окраска растений зависит не только от генов, контролирующих синтез хлорофилла, но и от наличия света. При отсутствии света хлорофилл не синтезируется.

Несмотря на то, что под влиянием условий внешней среды признаки могут изменяться, эта изменчивость не беспредельна. Даже в случае нормального развития признака степень его выраженности различна. Так, на поле пшеницы можно обнаружить растения с крупными колосьями (20 см и более) и очень мелкими (3-4 см). Это объясняется тем, что генотип определяет определенные границы, в пределах которых может происходить изменение признака. Степень варьирования признака, или пределы модификационной изменчивости, называют нормой реакции. Как правило, количественные признаки (урожайность, размер листьев, удойность коров, яйценоскость кур) имеют более широкую норму реакции, нежели качественные признаки (цвет шерсти, жирность молока, строение цветка, группа крови).

3. Норма реакции

Знание нормы реакции имеет большое значение для практики сельского хозяйства Модификационная изменчивость многих признаков растений, животных и человека подчиняется общим закономерностям. Эти закономерности выявляются на основании анализа проявления признака у группы особей. Каждое конкретное значение изучаемого признака называют вариантой и обозначают буквой v. Частота встречаемости отдельных вариант обозначается буквой p. При изучении изменчивости признака в выборочной совокупности составляется вариационный ряд, в котором особи располагаются по возрастанию показателя изучаемого признака. На основании вариационного ряда строится вариационная кривая - графическое отображение частоты встречаемости каждой варианты (рис. 8).

Например, если взять 100 колосьев пшеницы (n) и подсчитать число колосков в колосе, то это количество будет от 14 до 20 - это численное значение вариант (v).

Легко посчитать и среднее значение данного признака. Для этого используют формулу:


Где М - средняя величина признака, в числителе сумма произведений вариант на их частоту встречаемости,

в знаменателе - количество вариант. Для данного признака среднее значение равно 17,13.