Изменчивость в биологии - это что такое? Виды изменчивости

Многие из нас смотрели американский фильм "Матрица", в котором отрицательный герой, биоробот, как две капли воды похож на таких же, как он, служителей мира-миража. Правда, пугающая перспектива развития человеческой цивилизации? Оказывается, что вся красота и совершенство природы проявляются в ошеломляющем разнообразии особей, даже относящихся к одному и тому же виду, не говоря уже о представителях различных систематических категорий: родов, семейств, классов.

Причина этого – изменчивость. В биологии это явление приобретения организмом отличительных признаков, которое лежит в основе эволюции живой природы. В нашей работе мы изучим ее формы и приведем примеры, иллюстрирующие проявления изменчивости в растительном и животном мире.

Приобретение новых свойств и признаков в свете эволюционной теории Ч. Дарвина

Приспособительные изменения способствуют все большему расхождению признаков внутри вида и проявляются в форме процессов дивергенции. Они, в свою очередь, стимулируют механизмы микроэволюции, то есть видообразования. Ч. Дарвин рассматривал изменения внешнего строения и физиологических свойств, передающихся потомству, как один из рычагов, ускоряющих выживание организмов, наиболее приспособленных к конкретным условиям среды.

Наряду с борьбой за существование, изменчивость – это в биологии важнейший процесс, приведший к появлению движущей и дизруптивной форм естественного отбора.

Мутации - что это?

Отдельные изменения, проявляющиеся у особи, не связанные с влиянием среды обитания и передаваемые по наследству, называются мутациями. Они были подробно изучены голландским ученым Хуго Де Фризом, объединившим полученные экспериментальные данные в мутационную теорию. Вместе с законом гомологических рядов наследственной изменчивости, сформулированным российским генетиком Н. И. Вавиловым, она постоянно используется селекционерами для выведения новых пород и сортов. Примеров, иллюстрирующих изменения в генотипах организмов, можно привести много, ведь изменчивость в биологии - это широко распространенное явление. Приведем несколько примеров.

Как мутации применяют в селекции

Человек издавна, вначале – без определенного плана, затем – целенаправленно, использовал мутации в селекционной работе. Так, например, были выведены анконская коротконогая порода тонкорунных овец и породы лошадей-тяжеловозов, бессемянные сорта арбуза и винограда, формы узамбарской фиалки с махровыми цветками. В этих примерах новые породы и сорта были получены в результате длительного отбора потомства, полученного от особей с нетипичными свойствами и признаками.

Гомология как результат влияния внешних факторов

У множества растительных и особенно животных организмов можно наблюдать соответствие общего плана строения, хотя внешне эти организмы сильно отличаются друг от друга. Как же объясняет этот феномен биология? Изменчивость организмов, оказывается, возникает как результат приспособления к наземной, водной, воздушной или подземной среде обитания и приводит к явлению гомологии. Например, передняя конечность у всех позвоночных имеет единое анатомическое строение и содержит одни и те же виды костей. Но сравните между собой внешний вид передней роющей конечности крота, крыла летучей мыши и верхней конечности человека – руки. Их поразительная морфологическая непохожесть объясняется дивергенцией, лежащей в основе макроэволюции.

Как изучают формы изменчивости в биологии

Чтобы выяснить, каковы закономерности появления изменений, как вызванных условиями среды обитания, так и зависящих от генотипа, в материале школьных учебников и на уроках природоведческих дисциплин дают представление о том, что такое изменчивость. Биология (9 класс) выясняет роль приобретенных признаков в процессах онтогенеза растений, животных и микроорганизмов, определяет практическое применение полученных знаний для развития сельского хозяйства и экономики.

Например, устанавливается значение генных, хромосомных и геномных мутаций (полиплоидии). Как правило, под их действием организмы приобретают признаки, ослабляющие жизнеспособность или приводящие их к гибели. Положительные мутации происходят крайне редко, но тут же подхватываются действием естественного отбора и закрепляются в потомстве. Наследственная изменчивость в биологии – это явление, постоянно используемое в методах селекции. Например, точечная мутация, вызвавшая появление растений тюльпана с махровым венчиком, послужила основой для выведения таких популярных сортов этой декоративной культуры, как Силеста, Акилла, Глобал Дезайр.

Соотносительная изменчивость

Новые признаки и свойства, приобретенные организмом вследствие влияния генотипа, могут коррелировать между собой. Это утверждение доказывается многочисленными фактами, которые предоставляет общая биология. Изучение изменчивости, называемой соотносительной или корреляционной, проводили еще в 19-м веке Ч. Дарвин и Ж. Кювье. Они описали такие ее проявления: если у львиного зева или посевного гороха темно-красные цветки, то пазухи листьев тоже красные. У животных с очень длинными конечностями шея длиннее, чем обычно. Избыточный рост волос на спине, конечностях, груди у мужчин сопряжен с развитием крупных зубов.

Причиной корреляций является плейотропия: явление действия одного гена сразу на несколько признаков организма. Как видим, изменчивость в биологии – это сложный процесс. Он зависит от единиц наследственности – генов. Организм существует не изолированно, а занимает в биогеоценозе вместе с особями своей популяции определенную экологическую нишу. Все внешние признаки особи называют фенотипом. Он обусловлен взаимодействием генов между собой и с факторами среды обитания. Как считает биология, наследственность и изменчивость являются неразрывными и взаимообусловленными механизмами. Они обеспечивают процесс эволюции.

Что такое модификации

Вследствие влияния внешних условий у организмов возникают изменения, которые не передаются потомству. Степень проявления их зависит от интенсивности внешних факторов. Новые признаки исчезают, если давление среды ослабевает. Все это присуще такому явлению, как ненаследственная изменчивость. Это в биологии называют модификационной формой приобретения новых признаков. Например: два растения одуванчика выросли на разных почвах.

Плодородный грунт обеспечил рост сильного, высокого растения с мощной розеткой листьев. На суглинистой почве одуванчик был низкорослым, с непропорционально длинным центральным корнем. Еще пример модификационной изменчивости, возникающей под действием условий среды обитания: у морского рачка-артемии количество волосков на задней части брюшка увеличивается при повышении солености воды. Все модификации чрезвычайно важны для жизни организмов, так как обеспечивают их адаптацию к лабильным внешним условиям.