Экологические факторы и формирование фенотипа

Оглавление

ВВЕДЕНИЕ 3

Глава 1. Понятие экологического фактора. Классификация экологических факторов 8

1.1. Различные типы классификаций экологических факторов 9

1.2. Совместное действие экологических факторов на организм 12

Глава 2. Влияние экологических факторов на фенотип организмов 14

2.1. Модификационная изменчивость 14

2.2. Эпигенетическая изменчивость 17

2.3 Роль ген-средовых взаимодействий в формировании здоровья. 19

Глава 3. Значение экологических факторов для эволюции 22

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 25

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 27

ВВЕДЕНИЕ

Известно, что одним из фундаментальных свойств живых организмов является изменчивость – свойство изменяться, выражающееся в способности приобретать новые признаки или утрачивать прежние, что проявляется в разнообразии особей внутри вида. Несмотря на большое количество исследований, на донный момент не сформулирована общая теория изменчивости, хотя существует общепринятая классификация типов изменчивости. Она основана на феноменологии и имеет множество противоречий. Появившееся относительно недавно понятие об эпигенетической изменчивости создает еще больше спорных моментов (5).

Принято различать два типа изменчивости:

1. ненаследственная (фенотипическая) или модификационная

2. наследственная (генотипическая)

При этом существует несомненная связь между наследственной и модификациионной, не наследственной по определению, изменчивостью. Даже само их разделение можно считать сомнительным, если принять во внимание явления эпигенетической изменчивости. Эпигенетическим наследованием или изменчивостью можно назвать наследование или изменения признаков лишь косвенно связанные с сохранением (или изменениями) нуклеотидных последовательностей в ДНК (5).

О. Н. Тиходеев предлагает выделять четыре типа изменчивости: генотипическую, онтогенетическую, модификационную и флуктуационную (8).

Генотипическая изменчивость - изменения, произошедшие в структуре генотипа и передаваемые по наследству. Разновидностями генотипической изменчивости являются комбинативная и мутационная, увеличивающие внутривидовое разнообразие в природе.

Онтогенетическая изменчивость - всеобщая способность живых существ изменяться в связи с закономерностями индивидуального развития. Слово «закономерности »является ключевым в данном определении., так как процесс индивидуального развития организма может сопровождаться сугубо случайными событиями (например, потерями отдельных хромосом, соматическими мутациями или митотическим кроссинговером - эти события имеют отношение не к онтогенетической, а к флуктуационной изменчивости) (8). Понятие «онтогенетическая изменчивость» нельзя привязать ни к конкретным формам наследования, ни к конкретным молекулярным механизмам. Оно указывает только на то, что эти различия непосредственно связаны с закономерностями онтогенеза.

Модификационная изменчивость – это изменчивость фенотипа, которая является реакцией конкретного генотипа на изменяющиеся условия среды. Довольно противоречивое понятие. Модификации сильно различаются по устойчивости в онтогенезе, адаптивности, направленности, причинам возникновения, способности передаваться потомкам и т. п., что искусственность такого объединения вполне очевидна. Принято считать, что в основе модификаций лежат разнообразные воздействия внешней среды, причем относят к модификациям любые фенотипические изменения ненаследственного характера, включая и те, что возникают сугубо спонтанно. Но проблема в том, что описаны длительные модификации, способные стабильно наследоваться на протяжении многих десятков поколений.

Можно утверждать, что понятие «модификационная изменчивость» не связано ни с конкретными молекулярными механизмами, ни с конкретными формами наследования возникающих различий, общее в них – лишь обусловленость детерминирующими внешними воздействиями.

Флуктуационная изменчивость приводит к фенотипическому разнообразию даже при строго выровненных условиях среды, стадиях развития и исходных наследственных задатках. Механизмы флуктуационной изменчивости довольно плохо исследованы. Можно предположить, сюда относятся любые события, приводящие к случайному варьированию экспрессии генов. Понятие «флуктуационная изменчивость» указывает только на то, что изменения появляются в результате некой молекулярной стохастики (8).

Любой живой организм неотделим от среды обитания. Факторы среды непрерывно оказывают свое влияние на организм и могут изменять его физиологические и морфологические свойства, то есть фенотип (4). Фенотип – это совокупность всех признаков и свойств организма, реализуемых в определенных условиях среды. Как уже упоминалось выше, изменчивость организмов, возникающая под влиянием факторов внешней среды и не затрагивающая генотипа, называется модификационной. Перечислим особенности модификационной изменчивости:

1.является фенотипической, она не влияет на последовательность ДНК.

2. носит массовый характер, то есть все особи одного вида, оказавшись в одинаковых условиях, приобретают сходные признаки.

3. является определенной, т.е. всегда соответствует факторам, которые ее вызывают. Модификационные изменения адекватны воздействиям окружающей среды, т.е. имеют приспособительное значение для адаптации организма к условиям среды (4).

Фенотипические признаки можно разделить на пластичные (цвет кожи, вес, скорость ферментативных реакций, т.е. количественные признаки), которые могут изменяться под воздействием среды, и непластичные, не подверженные таким изменениям(качественные признаки: цвет волос, цвет глаз, рост, группа крови и т.д.)

Однако следует заметить, что изменчивость пластичных признаков не беспредельна. Степень возможного варьирования признака, называют нормой реакции. Количественные признаки имеют, как правило, более широкую норму реакции (размер листа, масса корнеплода, удойность коров ), чем качественные (группа крови, цвет глаз, строение цветка). Чем шире норма реакции, тем выше адаптивность организмов.

Следует помнить, что:

1. норма реакции прописана в генотипе.

2. у разных признаков различные пределы изменчивости.

3. в естественных условиях у модификационной изменчивости важное адаптационное значение.

Знание нормы реакции имеет важное практическое значение. Известны закономерности, которым подчиняется модификационная изменчивость многих признаков растений, животных и человека. Количественные признаки можно измерить и построить вариационный ряд, в котором особи располагаются по возрастанию показателя изучаемого признака. Знание закономерностей модификационной изменчивости позволяет предсказывать и заранее планировать степень выраженности многих признаков организмов в зависимости от изменений условий внешней среды. Например, при соблюдении норм кормления и содержания животных можно увеличить их продуктивность. За счет дополнительного освещения растений в теплицах, улучшения минерального питания и водоснабжения можно повысить урожайность. Но следует помнить, что урожайность ограничена нормой реакции.

Степень фенотипического проявления признака, закодированного в генотипе, называется экспрессивностью. Например, тяжесть течения большинства болезней (экспрессивность) можно регулировать условиями ухода за больным человеком. При адекватном лечении и хорошем питании течение большинства болезней облегчается. Например, при своевременной постановке диагноза и применении безфенилаланиновой белковой , наблюдается более легкое течение фенилкетонурии (4).

Другой показатель фенотипического проявления признака - пенетрантность. Пенетрантность – это процент особей, у которых признак проявился в фенотипе, по отношению к общему числу особей, у которых данный признак прописан в генотипе. Пенетрантность может быть полной, то есть 100%, или неполной, например, пенетрантность подагры для женщин – 0, а для мужчин – 20%.

Понятия экспрессивности и пенетрантности очень важны для медицины, поскольку отягощенная наследственная предрасположенность не обязательно должна проявиться, что особенно характерно для многофакторных заболеваний. Значит, существует возможность предупреждения многих болезней, либо создания условий для более легкого течения заболевания. Наследственность и среда играют большую роль в патогенезе любого заболевания человека.

Известен такой феномен, как Фенокопия, когда под воздействием факторов внешней среды признак может меняться и копировать признаки, характерные для другого генотипа. Примером фенокопий могут служить врожденные пороки развития (ВПР). ВПР разделяют на наследственные (45%) и экзогенные (55%). Наследственными пороки вызваны изменением генов или хромосом в гаметах родителей. Экзогенные пороки развития, проявляются под влиянием тератогенных факторов, которые оказывали воздействовали на плод во время эмбрионального развития. Это могут быть лекарства, пищевые добавки, вирусы, химические соединения, никотин, алкоголь и др. Известно тератогенное действие вируса краснухи.

Поскольку средовые экзогенные факторы изменяют те же биохимические процессы, что и мутации, механизмы возникновения ВПР сходны с таковыми при генетических изменениях. В результате появляются дети со сходными фенотипическими проявлениями ВПР – фенокопии. Часто при рождении ребенка с ВПР бывает сложно установить истинную причину патологии без специальных исследований (4).

Актуальность. Таким образом, мы видим, что изучение влияния факторов среды на формирование фенотипа имеет огромное значение для развития сельского хозяйства и медицины. Знания о модификационной изменчивости важны для применения в селекции и агротехнологиях. Понятия экспрессивности, пенетрантности и фенокопий активно используются в медицине для обеспечения более высокого уровня оказания врачебной помощи. Следовательно, изучение данной темы актуально для обеспечения продовольственного снабжения и улучшения медицинской помощи населению.

Цель работы: рассмотреть влияние различных средовых факторов на формирование фенотипа.

Задачи работы:

Рассмотреть различные экологические факторы, их классификацию.

Рассмотреть влияние экологических факторов на фенотип.

Изучить эволюционную роль экологических факторов.