Изменчивость — свойство живых организмов существовать в различных формах (вариантах). Благодаря изменчивости отдельных особей популяция оказывается разнородной.
— Ненаследственная изменчивость возникает в процессе индивидуального развития организмов под влиянием конкретных условий среды, вызывающих у всех особей одного вида сходные изменения, поэтому Дарвин назвал эту изменчивость определенной. Однако степень таких изменений у отдельных индивидуумов может быть различной. Ненаследственная, или модификационная, изменчивость не связана с изменением генов. Но способность к модификации — признак наследственный. Например, антилопа гну зимой в заповеднике Аскания-Нова отращивает густой подшерсток, а антилопа канна к такой модификации не способна и зимовать может только в отапливаемых помещениях.
Изучение модификационной изменчивости позволяет сформулировать несколько общих правил. Направленность модификации выражается в максимальном или минимальном проявлении определенных свойств организма.
Интенсивность модификационных изменений пропорциональна продолжительности действия на организм фактора, ее вызывающего. Степень развития мускулатуры зависит от тренировок — убедительный пример тому.
В некоторых случаях может появиться аномалия. Например, обработка личинок и куколок насекомых высокими температурами приводит к появлению большого количества насекомых с измененной формой туловища и крыльев. В природе эти насекомые не выживут.
Наследственная изменчивость — основа разнообразия живых организмов и главное условие их способности к эволюционному развитию.
Наследственная изменчивость состоит из генотипической изменчивости и цитоплазматической изменчивости (изменения в митохондриях, рибосомах и т.д.). Генотипическая изменчивость в свою очередь слагается из мутационной и комбинативной изменчивости. В основе комбинативной изменчивости лежит половое размножение живых организмов, вследствие которого возникает огромное разнообразие генотипов.
Мутационная изменчивость дает самый большой вариант изменения в организме, она затрагивает целые хромосомы, их части, отдельные гены. Изменения могут быть полезные, вредные, нейтральные для организма.
Геномные мутации приводят к изменению числа хромосом. Наиболее распространенным типом геномных мутаций является полиплоидия — кратное изменение числа хромосом. Возникновение полиплоидов связано с нарушением мейоза, и у организмов возникает аномалия. Например, чрезмерное разрастание листьев у растений, увеличение размеров плода. Полиплоидные гибриды используют в сельском хозяйстве, и наблюдается полиплоидия только у растений, у животных она затруднительна.
Хромосомные мутации — это перестройки хромосом. Они вызываются радиацией, загрязнением окружающей среды.
Внутрихромосомные изменения:
а) делеция — потеря того или иного участка хромосом разной величины. Например, если исходная хромосома имеет ряд генов (1,2,3,4,5,6,7…), то делеция может
иметь — 1,2,4,5,6,7… или другие варианты.
б) дупликация — удвоение отдельного участка хромосомы путем добавления. Например, 1,2,3,2,3,4,5,6…
в) инверсии — поворот участка хромосом на 180°, например, 1,2,3,4,8,7,6,5 и т.д.
К межхромосомным мутациям относят транслокации, то есть обмен участками между двумя хромосомами. Так, если исходные хромосомы имеют:
Происходит перегруппировка генов в хромосомах или между, что в любом случае приводит к изменениям биохимическим и физиологическим.
Генные мутации, или точковые — наиболее часто встречающиеся изменения. Генные мутации связаны с изменением последовательности нуклеотидов в молекуле ДНК. Они приводят к тому, что мутантный ген либо перестает работать и тогда не образуются соответствующие РНК и белок, либо синтезируется белок с измененными свойствами, что проявляется в изменении каких-либо признаков организма. Генные мутации следует рассматривать как результат ошибок, возникающих в процессе удвоения молекул ДНК.
Изучение мутационного процесса показало, что изменяться (мутировать) могут все гены, контролирующие развитие любого признака организма.
В настоящее время интенсивно ведутся работы по созданию методов направленного воздействия химических и физических факторов на определенные гены. Эти исследования очень важны, так как искусственное получение мутаций нужных генов имеет большое практическое значение для селекции растений, животных и микроорганизмов.
Выдающийся советский биолог Н.И.Вавилов многие годы изучал мутационную изменчивость у культурных растений семейства злаковых и их диких предков. Мутационный процесс у генетически близких родов и видов протекает параллельно. В результате этого у разных форм возникают сходные мутации, которые Н.И.Вавилов назвал гомологическими рядами наследственной изменчивости. Близкородственные виды и роды благодаря большому сходству их генотипов обладают сходной наследственностью. Обнаруженное Н.И.Вавиловым явление известно в биологии как закон гомологических рядов в наследственной изменчивости. Руководствуясь этим законом, можно предсказать, какие мутантные формы должны возникнуть у близкородственных видов растений и животных. У организмов менее родственных в строении геномов параллелизм наследственной изменчивости становится менее полным.