Jautājumi ekoloģijā, evolūcijas teorijā, populācijas bioloģijā un citās zinātnēs bieži vien ietver mainīguma jēdzienu (gan noteiktu, gan nenoteiktu). Tas ir stūrakmens, lai izprastu sugu izcelsmi, to spēju pielāgoties mainīgajiem vides apstākļiem. Šie principi ir mūsdienu selekcijas un molekulārās bioloģijas pamatā. Mēģināsim izdomāt, ko šie jēdzieni nozīmē.
Mainības veidi
Šos jēdzienus sauc arī par nepārmantojamu un iedzimtu mainīgumu. Kāda ir atšķirība starp noteiktu un nenoteiktu mainīgumu? Pirmais rodas indivīdu grupā kā reakcija uz ārējiem faktoriem. To regulē reakcijas normas vērtība. Kā piemēru varam atsaukt atmiņā lāča ziemas miegu, suņa kažoka blīvumu, pienenes stumbra garumu. Ja maināt vides apstākļus, šīs zīmes var neparādīties. Tātad, ja visu gadu mākslīgi radīsiet barības pārpilnību un siltu temperatūru, tad lācis neguļ visu ziemu. Sunim, kas ziemā dzīvo iekštelpās, būs daudz mazāk pavilnas nekā ķēdes pagalma sunim. Ar pastāvīgu zāles pļaušanu, pienenesaugs ar īsāku stublāja garumu, kas ļaus tai veidot kātu un izvairīties no griešanas. Protams, šādas īpašības nav ģenētiski iedzimtas.
Iedzimta mainība notiek kā spontānas mutācijas indivīdu grupā un tiek mantota paaudzēm. Tomēr ne visas mutācijas ir labvēlīgas. Lielākā daļa no tiem kļūst nederīgi vai kaitīgi. Tikai dažas izmaiņas atbalstīs dabiskā atlase. Šī īpašība ir evolūcijas pamatā, jo ļauj organismam pielāgoties izmaiņām vidē, iegūt īpašības, kas veicina izdzīvošanu. Pakavēsimies pie šī veida sīkāk.
Nenoteiktas mainīguma izpētes vēsture
Pieminot sugu izcelsmi ietekmējošos faktorus, nevar nepieminēt tāda paša nosaukuma grāmatas un evolūcijas teorijas autoru Čārlzu Darvinu. Protams, šobrīd šī teorija ir pabeigta un tiek saukta par sintētisko. Tomēr pamatjēdzienu apraksts un princips palika nemainīgs.
Saskaņā ar Darvinu, nenoteikta mainīgums – ir "bezgalīgi daudzveidīgas nelielas pazīmes, kas atšķir vienas un tās pašas sugas indivīdus un kuras nevar izskaidrot ar iedzimtību no viena vai vairākiem vecākiem tālie senči." Viņš runāja arī par pastāvēšanas apstākļu tiešu un netiešu ietekmi uz dzīva organisma veidošanos, par zīmju korelāciju. Tajā pašā laikā gēna jēdziens vēl nepastāvēja un datu parādīšanās iemesliiezīmes šim zinātniekam nebija skaidras. Tagad ir zināms, ka mantojumam ir ģenētisks raksturs, un mutācijas DNS notiek visu laiku.
Kā darbojas šis mehānisms?
DNS replikācija pastāvīgi saņem kļūdas. Parasti tie ir jānoņem imūnsistēmai vai šūnu apoptozes sistēmai (ieprogrammēta nāve). Šo sistēmu atteices gadījumā šī šūna var izdzīvot un izveidot savas kopijas. Ja organisms ir vienšūnu vai izmaiņas ir skārušas dzimumšūnas, šis defekts tiks iedzimts un nodots citām paaudzēm. Tas rada populācijas daudzveidību un garantē sugas izdzīvošanu un evolūciju kopumā.
Mutāciju veidi
- Gene. Ietekmē DNS struktūru nukleotīdu līmenī. Tie izpaužas kā jebkura nukleotīda zudums, aizstāšana (kā piemēru var minēt tādas cilvēku slimības kā fenilketonūrija, sirpjveida šūnu anēmija).
- Ģeneratīvs. Ietekmē dzimumšūnu gēnus. Mantotas no paaudzēm.
- Somatika. Nedzimuma šūnu mutācijas. Tie netiek mantoti dzīvniekiem, bet tiek pārmantoti augos, pavairojot ar veģetatīvo metodi (in vitro šūnu kultūrā).
- Genomisks. Saistīts ar hromosomu skaita izmaiņām kodolā. Tie var izpausties kā vienas vai vairāku hromosomu palielināšanās (cilvēkiem Dauna slimība ir saistīta ar papildu hromosomu) un kā to skaita palielināšanās (poliploīdie augi ir indikatīvi: lielākā daļa mūsdienu kviešu šķirņu ir oktoploīdi, tas ir, tām ir astoņas hromosomu komplekti).
- Hromosomu.
Nozīme
- Suga ne vienmēr dzīvo vienādos apstākļos. Dzīves apstākļu maiņas gadījumā, kas dažkārt notiek pēkšņas, piemēram, dabas katastrofas, pārvietošanas uz citu kontinentu utt. dēļ, visa populācija var tikt pakļauta izmiršanai. Bet dažiem organismiem var būt mutācijas, kas līdz šim bija bezjēdzīgas, bet tagad ir nepieciešamas izdzīvošanai. Tas nozīmē, ka tikai šie indivīdi izdzīvos un dos pēcnācējus ar šīm īpašībām. Piemērs varētu būt pastāvīgā cīņa starp baktērijām un antibiotikām. Izstrādātie antibakteriālie līdzekļi ir diezgan efektīvi noteiktu laiku, līdz savairojas mikroorganismu pēcnācēji ar rezistences gēniem pret šāda veida medikamentiem. Tas liek farmācijas nozarei radīt jaunus produktus un negribot stimulēt baktēriju tālāku attīstību.
- Vērtība atlasē. Tieši šāda veida variācijas Čārlzs Darvins uzskatīja par mākslīgās atlases pamatu. Mutācijas, kas sākotnēji parādās neatkarīgi no vides faktoriem, var būt vērtīgas cilvēkiem. Tā, piemēram, lielaugļu tomātu augļi pašam augam nav noderīgi – zari neizturēs savu svaru bez balstiem un prievītēm. Taču selekcija uz šī pamata ļāva iegūt produktīvākas šķirnes.
Definīcija: kas ir nenoteikta mainīgums bioloģijā
Apkopojot iepriekš minēto, mēs apkopojam, ko šis jēdziens nozīmē zinātnē. Nenoteikta mainīgums bioloģijā ir jēdziens, kas ir sinonīmsmutācijas. Tam ir iedzimts raksturs (pretēji noteiktam), savukārt nelielas genoma izmaiņas pirmajā paaudzē uzkrājas un pastiprinās nākamajās. Šāda veida mainība ir saistīta arī ar vides faktoru izmaiņām, bet ne adaptāciju veidā, bet gan netieši. Tādējādi tas palīdz pielāgoties nevis konkrētam organismam, bet taksonam kopumā.
Nenoteiktas mainīguma piemēri
Agrāk rakstā tika apspriesti konkrēti mutāciju piemēri, kas palīdz pielāgoties videi. Apsveriet vairākus plašus šādas dabas mainīguma veidus:
- Aizsargājošs krāsojums. Sastopams daudziem dzīvniekiem. Dabiskās atlases procesā indivīdi ar neuzkrītošāku krāsojumu apkārtējā ainavā ir mazāk uzņēmīgi pret plēsēju uzbrukumiem un tādējādi var radīt vairāk pēcnācēju. Šī funkcija ir fiksēta paaudzēs. Tajā pašā laikā, mainoties vides apstākļiem (piemēram, populācijai pārceļoties uz citu biotopu), atlases saglabātā krāsa var mainīties.
- Signālu krāsojums. Genoma izmaiņu rezultātā daži kukaiņi ieguvuši spilgtas krāsas, kas brīdina plēsējus par indes dziedzeriem. Neindīgos kukaiņus var arī krāsot šādi, lai pasargātu tos no apēšanas. Šo parādību sauc par mīmiku.
- Ķermeņa forma. Vides netiešā ietekme atbalsta indivīdus, kuru ķermeņa forma tai ir visvairāk pielāgota. Tātad torpēdas formas forma, kas palīdz peldēt, ir raksturīga ūdens organismiem. Tas ir līdzīgs delfīniem, roņiem, pingvīniem, zivīm, peldvabolēm. Protams, šī forma šiem dzīvniekiem attīstījās neatkarīgi. Vienkārši evolūcijas procesā tie indivīdi, kuri bija vislabāk pielāgojušies peldēšanai, izdzīvoja un dzemdēja.
- Aizsardzības mehānismi. Piemēram, eža, dzeloņcūkas adatas - modificēta matu līnija. Personas, kuras spontānas mutācijas dēļ saņēma blīvākus sarus, kas plēsējam var radīt neērtības, ieguva priekšrocības vairošanā. Nākamajās paaudzēs, acīmredzot, atlase atbalstīja mēteļa asumu - šī iezīme pastiprinājās.
Rezumējot
Šis mainīguma veids negarantē organisma izdzīvošanu, bet nodrošina sugas izdzīvošanu pastāvīgi mainīgos vides apstākļos. Nenoteikta mainīgums ir nepieciešams cilvēkiem kā audzēšanas rīks. Tas veicina jaunu taksonu dabisko un mākslīgo izcelsmi. Tāpēc evolūcijas pamatā ir nenoteikta mainīgums.
