Ekologijos, evoliucijos teorijos, populiacijos biologijos ir kitų mokslų klausimai dažnai susiję su kintamumo (tiek apibrėžto, tiek neapibrėžto) samprata. Tai kertinis akmuo norint suprasti rūšių kilmę, jų gebėjimą prisitaikyti prie kintančių aplinkos sąlygų. Šie principai yra šiuolaikinės veisimo ir molekulinės biologijos pagrindas. Pabandykime išsiaiškinti, ką reiškia šios sąvokos.
Kintamumo tipai
Šios sąvokos dar vadinamos nepaveldimu ir paveldimu kintamumu. Kuo skiriasi apibrėžtas ir neribotas kintamumas? Pirmasis pasireiškia asmenų grupėje kaip atsakas į išorinius veiksnius. Jį reguliuoja reakcijos normos reikšmė. Kaip pavyzdį galime prisiminti meškos žiemos miegą, šuns kailio tankumą, kiaulpienės stiebo ilgį. Jei pakeisite aplinkos sąlygas, šie ženklai gali nepasirodyti. Taigi, jei dirbtinai sukursite maisto gausą ir šiltą temperatūrą ištisus metus, tai meška neužmigs per žiemą. Šuo, kuris žiemą gyvena patalpose, turės daug mažesnį pavilnį nei grandinės kiemo šuo. Su nuolatiniu vejos pjovimu, kiaulpieneaugs trumpesniu stiebo ilgiu, kuris leis suformuoti žiedkotį ir išvengti pjovimo. Žinoma, tokie bruožai nėra genetiškai paveldimi.
Paveldimas kintamumas atsiranda kaip spontaniškos mutacijos individų grupėje ir paveldimas iš kartos į kartą. Tačiau ne visos mutacijos yra naudingos. Dauguma jų tampa nenaudingi arba žalingi. Tik kai kuriuos pokyčius palaikys natūrali atranka. Ši savybė yra evoliucijos pagrindas, nes leidžia organizmui prisitaikyti prie aplinkos pokyčių, įgyti savybių, kurios prisideda prie išlikimo. Pakalbėkime apie šį tipą išsamiau.
Neaiškio kintamumo tyrimo istorija
Minint veiksnius, turinčius įtakos rūšių atsiradimui, negalima nepaminėti to paties pavadinimo knygos ir evoliucijos teorijos autoriaus Charleso Darwino. Žinoma, šiuo metu ši teorija yra baigta ir vadinama sintetine. Tačiau pagrindinių sąvokų aprašymas ir principas liko nepakitę.
Pasak Darvino, neapibrėžtas kintamumas – yra „be galo įvairūs smulkūs bruožai, išskiriantys tos pačios rūšies individus ir kurių negalima paaiškinti paveldėjimu iš vieno iš tėvų ar daugiau tolimi protėviai“. Taip pat kalbėjo apie tiesioginę ir netiesioginę egzistavimo sąlygų įtaką gyvo organizmo formavimuisi, apie ženklų koreliaciją. Tuo pačiu metu dar neegzistavo geno sąvoka ir duomenų atsiradimo priežastysbruožai šiam mokslininkui nebuvo aiškūs. Dabar žinoma, kad paveldėjimas yra genetinis, o DNR mutacijos vyksta nuolat.
Kaip veikia šis mechanizmas?
DNR replikacija nuolat gauna klaidų. Paprastai juos turi pašalinti imuninė sistema arba ląstelių apoptozės (užprogramuotos mirties) sistema. Šių sistemų gedimo atveju ši ląstelė gali išgyventi ir sukurti savo kopijas. Jei organizmas vienaląstis arba pokyčiai paveikė lytines ląsteles, šis defektas bus paveldimas ir perduotas kitoms kartoms. Tai sukuria populiacijos įvairovę ir garantuoja rūšies išlikimą bei evoliuciją apskritai.
Mutacijų tipai
- Genas. Įtakoja DNR struktūrą nukleotidų lygiu. Jie išreiškiami bet kurio nukleotido praradimu, pakeitimu (pavyzdžiui galima paminėti tokias žmonių ligas kaip fenilketonurija, pjautuvinių ląstelių anemija).
- Generatyvus. Įtakoja lytinių ląstelių genus. Paveldėta iš kartos.
- Somatika. Nelytinių ląstelių mutacijos. Jie nėra paveldimi gyvūnams, bet yra paveldimi augaluose, kai dauginami vegetatyviniu būdu (in vitro ląstelių kultūroje).
- Genomic. Susijęs su chromosomų skaičiaus pasikeitimu branduolyje. Jie gali pasireikšti kaip vienos ar kelių chromosomų padidėjimas (žmonėms Dauno liga yra susijusi su papildoma chromosoma) ir jų skaičiaus padaugėjimu (poliploidiniai augalai yra orientaciniai: dauguma šiuolaikinių kviečių veislių yra oktoploidinės, tai yra, jos turi aštuonias chromosomų rinkiniai).
- Chromosominė.
Reikšmė
- Rūšis ne visada gyvena tomis pačiomis sąlygomis. Pasikeitus gyvenimo sąlygoms, kartais staigiai, pavyzdžiui, dėl stichinės nelaimės, persikėlimo į kitą žemyną ir pan., gali išnykti visos populiacijos. Tačiau kai kurie organizmai gali turėti mutacijų, kurios iki šiol buvo nenaudingos, bet dabar būtinos išgyvenimui. Tai reiškia, kad tik šie asmenys išgyvens ir duos palikuonių, turinčių šias savybes. Pavyzdys būtų nuolatinė bakterijų ir antibiotikų kova. Sukurtos antibakterinės medžiagos yra gana veiksmingos tam tikrą laiką, kol dauginasi mikroorganizmų, turinčių atsparumo šios rūšies vaistams genus, palikuonys. Tai verčia farmacijos pramonę kurti naujus produktus ir nesąmoningai skatinti bakterijas toliau vystytis.
- Pasirinkta vertė. Būtent tokio tipo variacijas Charlesas Darwinas laikė dirbtinės atrankos pagrindu. Iš pradžių atsiradusios mutacijos, neatsižvelgiant į aplinkos veiksnius, gali būti vertingos žmonėms. Taigi, pavyzdžiui, stambiavaisių pomidorų vaisiai nėra naudingi pačiam augalui – šakos neatlaikys savo svorio be atramų ir keliaraiščių. Tačiau atranka šiuo pagrindu leido mums gauti produktyvesnių veislių.
Apibrėžimas: kas yra neapibrėžtas kintamumas biologijoje
Apibendrinant tai, kas išdėstyta pirmiau, apibendriname, ką ši sąvoka reiškia moksle. Neribotas biologijos kintamumas yra sąvoka sinonimasmutacijos. Jis yra paveldimas (priešingai nei apibrėžtas), o nedideli genomo pokyčiai pirmoje kartoje kaupiasi ir sustiprėja kitose. Šio tipo kintamumas taip pat yra susijęs su aplinkos veiksnių pokyčiais, tačiau ne prisitaikymo forma, o netiesiogiai. Taigi jis padeda prisitaikyti ne prie konkretaus organizmo, o prie viso taksono.
Neaiškio kintamumo pavyzdžiai
Anksčiau straipsnyje buvo aptarti konkretūs mutacijų, padedančių prisitaikyti prie aplinkos, pavyzdžiai. Apsvarstykite keletą plačių tokio pobūdžio kintamumo tipų:
- Apsauginis dažymas. Pasitaiko daugelyje gyvūnų. Natūralios atrankos metu individai, kurių spalva aplinkiniame kraštovaizdyje yra labiau nepastebima, yra mažiau jautrūs plėšrūnų atakoms, todėl gali susilaukti daugiau palikuonių. Ši funkcija fiksuojama kartomis. Tuo pačiu metu, pasikeitus aplinkos sąlygoms (pavyzdžiui, populiacijai persikėlus į kitą buveinę), atrankos palaikoma spalva gali pasikeisti.
- Signalinis dažymas. Dėl genomo pokyčių kai kurie vabzdžiai įgavo ryškias spalvas, kurios įspėja plėšrūnus apie nuodų liaukas. Taip nudažyti galima ir nenuodingus vabzdžius, kad jie nebūtų suvalgyti. Šis reiškinys vadinamas mimika.
- Kūno forma. Netiesioginė aplinkos įtaka palaiko asmenis, kurių kūno formos labiausiai prie jos prisitaiko. Taigi vandens organizmams būdinga torpedos formos forma, kuri padeda plaukti. Jis panašus į delfinus, ruonius, pingvinus, žuvis, plaukiojančius vabalus. Natūralu, kad ši šių gyvūnų forma išsivystė savarankiškai. Tiesiog evoliucijos procese išgyveno ir pagimdė tie asmenys, kurie geriausiai prisitaikė plaukioti.
- Apsaugos mechanizmai. Pavyzdžiui, ežio, kiaulės spygliai – modifikuota plaukų linija. Asmenys, kurie dėl spontaniškos mutacijos gavo tankesnius šerius, kurie gali sukelti nepatogumų plėšrūnui, įgijo pranašumą dauginantis. Kitose kartose, matyt, pasirinkimas palaikė kailio aštrumą – ši savybė sustiprėjo.
Apibendrinant
Šis kintamumo tipas negarantuoja organizmo išlikimo, tačiau užtikrina rūšies išlikimą nuolat kintančiomis aplinkos sąlygomis. Neribotas kintamumas yra būtinas žmonėms kaip veisimosi priemonė. Tai prisideda prie natūralios ir dirbtinės naujų taksonų kilmės. Štai kodėl neapibrėžtas kintamumas yra evoliucijos pagrindas.
