Шпаргалка по "Генетика"

Известно, что улучшение агротехники при культивировании растений или условий содержания и кормления домашних животных, генотип которых характеризуется не очень благоприятными возможностями, приводит лишь к некоторому повышению урожая или продуктивности, причем не воспроизводимому в потомстве этих организмов. В то же время среди животных и культивируемых растении можно найти более продуктивные генотипические варианты. Давно замечено, что даже незначительное генотипическое улучшение дает положительный эффект, поскольку контролирующие его гены передаются по наследству, и это улучшение воспроизводится в потомстве. Более того, генетическое совершенствование продуктивности культурных растений и домашних животных привело к созданию огромного сортового и породного разнообразия этих организмов. Разумеется, проявления сортовых достоинств растений зависят от качества почвы, климатических условий, удобрений и т.д., а породных достоинств животных — от условий их содержания и кормления.

Таким образом, практический опыт свидетельствует о том, что  фенотипические различия между организмами определяются в основном генотипом. Это заключение, однако, не совсем справедливо в применении к человеку.                                  

Более точные данные о степени  влияния генотипа и среды на фенотип  дали экспериментальные исследования, выполнение в контролируемых условиях среды и при использовании  организмов со сходными генотипами или  генотипами, различающимися между собой  по определенным генам. Однако создать  абсолютно одинаковые условия среды  практически невозможно. Поэтому  для экспериментов подбирали  относительно постоянные условия среды, а точный контроль генотипов осуществляли посредством использования клонов, чистых и инбредных линий организмов, так как кленовые, чистолинейные  и инбредные организмы имеют  сходные генотипы.                   

Клоном является потомство одного вегетативно размножающегося индивида. Примерами могут служить культура бактерий, полученная в результате размножения одной бактериальной клетки; культура соматических клеток, развившаяся из одиночной соматической клетки; группы деревьев, выросшие из черенков, взятых от, одного растения.

Чистая линия — это  потомство, полученное от одного индивида в результате его самоопыления или самооплодотворения. Размножение многих культивируемых растений (пшеница, овес, фасоль, горох и т.д.) происходит главным образом путем самоопыления. У некоторых животных (пресноводные улитки) имеет место самооплодотворение. Как и в клонах, все члены линии генетически однородны, так как обладают одинаковыми наследственно-константными признаками. Их генетическое однообразие более совершенно, чем у потомства, получаемого после перекрестного опыления разных организмов.

Инбредные линии — это  организмы, полученные от раз-дельнополых животных — близких родственников (братья, сестры) — путем неоднократных скрещиваний их между собой. Генотипическое однообразие инбредных животных становится более выраженным с каждым новым скрещиванием. Так, в лабораторном животноводстве известен ряд инбредных линий белых мышей, крыс и морских свинок.  Исследование клонов, чистых и инбредных линий организмов дало возможность не толь-ко измерить действие факторов внешней среды, но и более точно определить влияние генотипа на фенотип. Другими словами, эти исследования позволили получить данные о степени влияния генотипа и среды на фенотипические различия организмов.

Изучение взаимодействия генотипа и среды на примере организмов многих видов показало, что для  реакции того или иного генотипа на воздействие фактора внешней  среды всегда характерен некоторый  диапазон, измеряемый количеством фенотипов, продуцируемых этим генотипом. Разнообразие фенотипов, возникающих в результате взаимодействия определенного генотипа с разными факторами среды, называют нормой реакции этого генотипа.

В практике норму реакции  обычно трудно установить из-за невозможности  предусмотреть все факторы, которые  могут действовать в среде. Однако знание нормы реакции и особенностей наследования специфических типов  реакций на различные условия  внешней среды  имеет исключительно важное значение. Применительно, например, к культивируемым растениям и домашним животным знание нормы реакции позволяет с наибольшей эффективностью использовать сортовые или породные возможности организмов.

Многие реакции живых существ на факторы внешней среды имеют адаптивный характер, и это обеспечивает жизнь и размножение организмов в изменяющихся условиях среды обитания. Среди адаптивных реакций различают физиологический гомеостаз и гомеостаз развития.

Физиологический гомеостаз — это генетически детерминированная способность организмов сохранять свой статус в изменяющихся условиях внешней среды. У млекопитающих типичным примером физиологического гомеостаза является по-стоянство осмотического давления в клетках и концентрации водородных ионов в крови вследствие функционирования почек и наличия в крови буферных соединений.

Гомеостаз развития — это генетически детерминированная способность организмов так изменять отдельные реакции, что функции организмов при этом в целом сохраняются. Например, у человека при выходе из строя одной почки остающаяся почка выполняет двойную нагрузку.

Однако часто очень  трудно выявить различия между физиологическим гомеостазом и гомеостазом развития, и адаптивные реакции носят промежуточный характер. Примером такой адаптивной реакции является изменение количества эритроцитов в крови у людей в Зависимости от пребывания их на той или иной высоте над уровнем моря. Количество эритроцитов у людей, живущих в разных высотных условиях, повышается по мере удаления от уровня моря. Это связано с тем, что из-за уменьшения содержания кислорода в атмосфере, интенсифицируется его транспорт эритроцитами, благодаря увеличению количества последних. Известно также, что возвращение человека с высокогорья в район, лежащий на уровне моря, сопровождается снижением количества эритроцитов.                    

Рассматривая адаптивные реакции организмов, важно еще  раз подчеркнуть, что они генетически  детерминированы. Однако норма реакции  имеет границы, она определяет фенотипическое разнообразие лишь в условиях среды, которая для организмов любого вида не имеет резких и необычных отклонений. Так, многое тропические растения выживают в условиях повышенных или пониженных температур, характерных для стран  с жарким климатом. Однако они погибают от мороза, к которому устойчивы  растения, являющиеся обычными обитателями  северных широт. Когда, например, генотип  какого-либо индивида теряет в результате мутации способность детерминировать  адаптивные реакции на факторы обычной  для него среды, возникает наследственная болезнь.

Рассмотрение различных форм взаимодействия наследственности и среды позволяет сделать вывод о том, что наследуется генотип, но не фенотип. Свойства и признаки организмов не наследуются в готовом виде. Они формируются в процессе развития индивида, причем это развитие находится под контролем генов. Но, протекая в конкретных условиях среды, развитие также подвержено ее воздействию. Факторы последней могут изменить проявление признаков, определяемых нормой реакции. Следовательно, каждый признак обусловлен как наследственностью, так и средой

9. Гомеостаз развития  организмов

Гомеоста́з (др.-греч. ὁμοιοστάσις от ὁμοιος — одинаковый, подобный и στάσις — стояние, неподвижность) — саморегуляция, способность открытой системы сохранять постоянство своего внутреннего состояния посредством скоординированных реакций, направленных на поддержание динамического равновесия. Стремление системы воспроизводить себя, восстанавливать утраченное равновесие, преодолевать сопротивление внешней среды.

Гомеостаз популяции —  способность популяции поддерживать определённую численность своих  особей длительное время.

Гомеостаз выступает в  роли фундаментальной характеристики живых организмов и понимается как  поддержание внутренней среды в  допустимых пределах.

Внутренняя среда организма  включает в себя организменные жидкости — плазму крови, лимфу, межклеточное вещество и цереброспинальную жидкость. Сохранение стабильности этих жидкостей  жизненно важно для организмов, тогда  как её отсутствие приводит к повреждению  генетического материала.

В отношении любого параметра  организмы делятся на конформационные  и регуляторные. Регуляторные организмы  сохраняют параметр на постоянном уровне, независимо от того, что происходит в среде. Конформационные организмы  позволяют окружающей среде определять параметр. Например, теплокровные животные сохраняют постоянную температуру  тела, тогда как холоднокровные демонстрируют  широкий диапазон температур.

Речь не идёт о том, что  конформационные организмы не обладают поведенческими приспособлениями, позволяющими им в некоторой степени регулировать взятый параметр. Рептилии, к примеру, часто сидят на нагретых камнях утром, чтобы повысить температуру тела.

Преимущество гомеостатической регуляции состоит в том, что  она позволяет организму функционировать  более эффективно. Например, холоднокровные животные, как правило, становятся вялыми при низких температурах, тогда как  теплокровные почти так же активны, как и всегда. С другой стороны, регуляция требует энергии. Причина, почему некоторые змеи могут есть только раз в неделю, состоит в том, что они тратят намного меньше энергии для поддержания гомеостаза, чем млекопитающие.

Регуляция химической деятельности клетки достигается с помощью  ряда процессов, среди которых особое значение имеет изменение структуры  самой цитоплазмы, а также структуры  и активности ферментов. Авторегуляция зависит от температуры, степени кислотности, концентрации субстрата, присутствия некоторых макро- и микроэлементов.

Гомеостатические системы  обладают следующими свойствами:

Нестабильность системы: тестирует, каким образом ей лучше  приспособиться.

Стремление к равновесию: вся внутренняя, структурная и  функциональная организация систем способствует сохранению баланса.

Непредсказуемость: результирующий эффект от определённого действия зачастую может отличаться от того, который  ожидался.

Примеры гомеостаза у млекопитающих:

Регуляция количества микронутриентов  и воды в теле — осморегуляция. Осуществляется в почках.

Удаление отходов процесса обмена веществ — выделение. Осуществляется экзокринными органами — почками, лёгкими, потовыми железами и желудочно-кишечным трактом.

Регуляция температуры тела. Понижение температуры через  потоотделение, разнообразные терморегулирующие  реакции.

Регуляция уровня глюкозы  в крови. В основном осуществляется печенью, инсулином и глюкагоном, выделяемыми поджелудочной железой.

Важно отметить, что, хотя организм находится в равновесии, его физиологическое  состояние может быть динамическим. Во многих организмах наблюдаются эндогенные изменения в форме циркадного, ультрадианного и инфрадианного ритмов. Так, даже находясь в гомеостазе, температура тела, кровяное давление, частота сердечных сокращений и большинство метаболических индикаторов не всегда находятся на постоянном уровне, но изменяются в течение времени.

Когда происходит изменение  в переменных, наблюдаются два  основных типа обратной связи, на которые  реагирует система:

Отрицательная обратная связь, выражающаяся в реакции, при которой  система отвечает так, чтобы изменить направление изменения на противоположное. Так как обратная связь служит сохранению постоянства системы, это позволяет соблюдать гомеостаз.

Например, когда концентрация углекислого газа в организме  человека увеличивается, лёгким приходит сигнал к увеличению их активности и выдыханию большего количество углекислого газа.

Терморегуляция — другой пример отрицательной обратной связи. Когда температура тела повышается (или понижается) терморецепторы в  коже и гипоталамусе регистрируют изменение, вызывая сигнал из мозга. Данный сигнал, в свою очередь, вызывает ответ —  понижение температуры (или повышение).

Положительная обратная связь, которая выражается в усилении изменения  переменной. Она оказывает дестабилизирующий эффект, поэтому не приводит к гомеостазу. Положительная обратная связь реже встречается в естественных системах, но также имеет своё применение.

Например, в нервах пороговый  электрический потенциал вызывает генерацию намного большего потенциала действия. Свёртывание крови и  события при рождении можно привести в качестве других примеров положительной  обратной связи.

Устойчивым системам необходимы комбинации из обоих типов обратной связи. Тогда как отрицательная  обратная связь позволяет вернуться  к гомеостатическому состоянию, положительная обратная связь используется для перехода к совершенно новому (и, вполне может быть, менее желанному) состоянию гомеостаза, — такая  ситуация называется «метастабильность». Такие катастрофические изменения могут происходить, например, с увеличением питательных веществ в реках с прозрачной водой, что приводит к гомеостатическому состоянию высокой эвтрофикации (зарастание русла водорослями) и замутнению.

10. Методы и  уровни изучения наследственности

Главным методом изучения наследственности является генетический (гибридологический) анализ. Классический или, как его еще называют, формальный генетический анализ, заключается в последовательном разложении генома анализируемого организма на группы сцепления генов, а этих групп — на генные локусы с дальнейшие установлением последовательности генных локусов вдоль хромосомных пар и тонкой структурой генов.

Генетический анализ, в  сущности, подобен химическому анализу, задача которого заключается в разложении сложных химических соединений на более простые. Однако в отличие от химического анализа, например нуклеопротеидов, расщепление которых осуществляется посредством гидролиза, классический генетический анализ основывается на расщеплении (сегрегации) и рекомбинации генов в мейозе и проводится путем скрещивания особей с разными признаками и, учета результатов этого скрещивания. В генетический анализ организмов входят:

1. Идентификация генов.

2. Установление генных  локусов на хромосомных парах.