Zmienność środowiskowa i genetyczna

Zmienność organizmów czyli zmienność fenotypowa jest to występowanie różnic między przedstawicielami tego samego gatunku. Różnice między nimi dotyczą cech fenotypowych o mierzalnym i obserwowalnym charakterze. Należą do nich m.in. wzrost lub wielkość, masa ciała, umaszczenie i kolor oczu. Zmiany dotyczące danej cechy fenotypowej mogą mieć charakter trwały, bądź przejściowy.

Rodzaje zmienności fenotypowej

Na zmienność fenotypową składają się:

• zmienność środowiskowa, 

• zmienność genetyczna. 

Zmienność środowiskowa

Środowisko zewnętrzne wpływa na fenotyp osobnika, modyfikując go. W rezultacie osobnik o określonym genotypie może wykształcić różne fenotypy, w zależności od warunków środowiskowych, w których żyje. To zróżnicowanie osobników o tym samym genotypie wynikające z przystosowania do warunków życia w danym środowisku nazywamy zmiennością środowiskową.

Do najważniejszych czynników środowiskowych wpływających na fenotyp należą: 

• dostępność i rodzaj pokarmu;

• temperatura otoczenia;

• dostępność przestrzeni do życia;

• jakość i ilość światła.

R1KDAax14y6hr

Grafika przedstawia liście strzałki wodnej. Wyrastają one z łodygi nad powierzchnią wody. Mają kształt strzałkowaty.

Rd4NcL0KGSNkH

Grafika przedstawia nadwodne liście strzałki wodnej. Mają one lekko jajowaty, sercowaty kształt.

R18tyVmGUCEC7

Grafika przedstawia liście strzałki wodnej. Mają kształt strzałkowaty.

R15QEbAXE5e3n

Grafika przedstawia sosnę zwyczajną. Rośnie ona przy górskim potoku. Jest to drzewo iglaste o zielonej, luźnej koronie której konary rosną w pozornych okółkach. Sosna na grafice posiada rzadkie konary o słabym rozgałęzieniu, które zakończone są zwartą koroną.

R1CDcOUV8PzD5

Grafika przedstawia sosny zwyczajne. Rosną one w małym skupisku. Ich korona jest rozwinięta równomiernie, stożkowato na całej długości drzewa.

RqaYiekxrcEae

Grafika przedstawia sosny zwyczajne. Rosną one w dużym, gęstym skupisku. Ich pnie są niemal całkiem nagie aż do czubka, którego korona jest gęsta i równomiernie rozwinięta.

Zmienność środowiskową nazywa się również zmiennością modyfikacyjną, ponieważ czynniki środowiskowe modyfikują działanie genów. Na przykład zdolność do syntezy melaniny - barwnika w skórze jest warunkowana genetycznie, jednak aktywność tych genów zależy od ilości promieniowania UV, na które jest narażony osobnik.

Zmiany powodowane przez środowisko nie są jednak zupełnie dowolne. Ogranicza je norma reakcjinorma reakcji genotypunorma reakcji, która jest genetycznie wyznaczonym zakresem, w obrębie którego dana cech może się zmieniać pod wpływem środowiska. W ten sposób norma reakcji wyznacza granice plastyczności fenotypuplastyczność fenotypuplastyczności fenotypu. Na przykład, nawet przy bardzo intensywnym nasłonecznieniu, osoba o genotypie warunkującym jasną karnację nie przekroczy swojej normy reakcji i nie uzyska tak ciemnej opalenizny, jak osoba o naturalnie ciemniejszej karnacji. 

Ponieważ czynniki środowiskowe zmieniają się w czasie (np. nasłonecznienie, dostęp do wody), to zmiany fenotypu jakie one wywołują podlegają ciągłym wahaniom czyli fluktuacjom. Z tego powodu zmienność środowiskową nazywa się często zmiennością fluktuacyjną.

Zmiany powodowane przez środowisko wpływają jedynie na komórki ciała (somatyczne), a nie na komórki rozrodcze. Dlatego też, chociaż środowisko może zmienić wygląd danego osobnika, jego potomstwo nie odziedziczy tych nabytych modyfikacji. Dlatego zmienność środowiskowa jest zmiennością niedziedziczną. 

Ciekawostka

Zmienność środowiskowa jest dobrze widoczna w populacjach pszczół. Z zapłodnionego jaja u tych owadów może powstać królowa zdolna do rozrodu albo robotnica, czyli pszczoła niezdolna do rozrodu. To, jaki rodzaj pszczoły powstanie, zależy przede wszystkim od długości karmienia larwy. Larwy pszczół są karmione wydzieliną z gruczołów ślinowych młodych robotnic (mleczko pszczele). Larwy, które przekształcą się w niezdolne do rozrodu robotnice, otrzymują pokarm tylko przez ok. 3 dni. Z kolei przyszła królowa jest karmiona dłużej, aż do momentu przeobrażenia w poczwarkę.

RlDlLJs79lr3g

Zdjęcie przedstawia kilka pszczół. Jedna z nich wyróżnia się wielkością. Pszczoła ta ma żółtawy odwłok, niewielkie skrzydła. Tuż za głową ma różową plamę.

Zmienność genetyczna

Zmienność genetyczna to różnice między osobnikami wynikające z różnic w ich materiale genetycznym, czyli genotypie.  Zmienność ta jest dziedziczna, o ile dotyczy zmian w materiale genetycznym komórek linii płciowej.

Wyróżnia się dwa typy zmienności genetycznej: 

• zmienność rekombinacyjną,

• zmienność mutacyjną.

Zmienność rekombinacyjna

Rekombinacja to proces losowego wymieszania alleli pochodzących od osobników rodzicielskich. W jej wyniku u organizmów potomnych powstają odmienne genotypy, co skutkuje odmienną kombinacją cech.

Źródłami zmienności rekombinacyjnej są:

1. Proces crossing‑overcrossing‑overcrossing‑over - zachodzi podczas mejozy, gdy tworzą się komórki rozrodcze (gamety). Polega na wymianie fragmentów chromatyd między chromosomami homologicznymi (matki i ojca), co prowadzi do powstania nowych kombinacji genów na każdym chromosomie.

2. Losowe rozchodzenie się (segregacja) chromosomów do gamet - zachodzi podczas mejozy, gdy tworzą się gamety. W rezultacie każda gameta otrzymuje unikalną kombinację chromosomów po swoich rodzicach. 

3. Losowe łączenie się gamet - zachodzi podczas zapłodnienia. Powoduje powstanie osobnika z niepowtarzalną kombinacją genów organizmów rodzicielskich.

gallery‑without‑header

• Zakładka 1
• Zakładka 2

Zakładka 110

RDsrgUoSbo8bi

Ilustracja przedstawia przykład pojedynczego crossing‑over. Na ilustracji są dwa chromosomy zbudowane z chromatyd. Jeden chromosom jest niebieski, drugi zielony. Każda chromatyda niebieskiego oznaczona jest dużą literą A, w przypadku zielonego chromosomu małą literą a. W kolejnym etapie ukazano jak dolne ramiona chromatyd dwóch chromosomów krzyżują się ze sobą dłuższym dolnym ramieniem. W ostatniej fazie chromosom niebieski w dłuższym ramieniu chromatydy ma fragment zielony, a zielony chromosom ma fragment niebieski. Chromatydy w niebieskim chromosomie oznaczono dużą literą A małą literą a, w zielonym tak samo.

Zakładka 240

RzmWAGf6Ti9eS

Ilustracja przedstawia losową segregację chromosomów prowadzącą do różnych układów genetycznych. Ilustrację podzielono na dwie części. W pierwszej pokazano ułożenie chromosomów numer 1, w drugiej numer 2. Na pierwszej ilustracji jest okrągła komórka z dwiema parami chromosomów po przeciwnej stronie wrzeciona kariokinetycznego. Naprzeciw siebie są chromosomy niebieski i czerwony. Górny chromosom niebieski oznaczony jest dużą literą R, dolny dużą literą Y, górny czerwony oznaczony jest małą literą r, dolny małą literą y. Chromosomy leżące na górze są większe od tych leżących poniżej. To metafaza pierwsza. Od komórki prowadzą dwa rozgałęzienia do dwóch różnych przebiegów metafazy drugiej. Pierwszy proces to dwa niebieskie chromosomy naprzeciwko siebie (znajdują się na wrzecionie kariokinetycznym). Chromosom na górze, większy, ma chromatydy oznaczone dwiema dużymi literami R, mniejszy chromosom na dole dwiema dużymi literami Y. Powstają komórki z dwiema chromatydami - jedna jest większa, druga mniejsza. W każdej komórce chromatydy oznaczono jako duża litera R duża litera Y, to gamety. W drugim przypadku są naprzeciwko siebie dwa czerwone chromosomy - górny większy i dolny mniejszy. Górny oznaczony jest dwiema małymi literami r, dolny dwiema małymi literami y. Powstają dwie oddzielne komórki z pojedynczymi chromatydami oznaczonymi małymi literami r y. Ułożenie chromosomów numer 2. Na drugiej ilustracji jest okrągła komórka z dwiema parami chromosomów po przeciwnej stronie wrzeciona kariokinetycznego. Naprzeciw chromosomu niebieskiego oznaczonego dużą literą R jest chromosom czerwony, mniejszy, oznaczony małą literą y. Naprzeciwko dużego czerwonego chromosomu oznaczonego małą literą r jest mniejszy chromosom oznaczony dużą literą Y. To metafaza pierwsza. Od komórki prowadzą dwa rozgałęzienia do dwóch różnych przebiegów metafazy drugiej. Pierwszy proces to chromosom większy niebieski i leżący poniżej mniejszy czerwony. Chromosomy są naprzeciwko siebie (znajdują się na wrzecionie kariokinetycznym). Chromosom niebieski ma chromatydy oznaczone dwiema dużymi literami R, chromosom czerwony dwiema małymi literami y. Powstają komórki z dwiema chromatydami - jedna jest większa - niebieska, druga mniejsza - czerwona. W każdej komórce chromatydy oznaczono jako duża litera R małą litera Y, to gamety. W drugim przypadku są naprzeciwko siebie czerwony, większy chromosom u góry i mniejszy niebieski na dole. Górny oznaczony jest dwiema małymi literami r, dolny dwiema dużymi literami Y. Powstają dwie oddzielne komórki z pojedynczymi chromatydami - większą czerwoną i mniejszą niebieską oznaczonymi jako mała litera r duża litera Y.

Zmienność mutacyjna

Mutacja to nagła, skokowa zmiana w materiale genetycznym komórki. W jej  wyniku powstają nowe allele istniejących genów lub nowe geny. 

Mutacje mogą być dziedziczone, gdy dotyczą materiału genetycznego komórek rozrodczych (komórek jajowych i plemników). Mutacje zachodzące w innych komórkach niż rozrodcze – są niedziedziczne.

Zmienność genetyczna ciągła i nieciągła

Zmienność genetyczną ze względu na charakter dziedziczonej cechy i sposób dziedziczenia można podzielić na zmienność ciągła i zmienność nieciągłą.

• Zmienność ciągłą
• Zmienność nieciągłą

Zmienność ciągłą10

Dotyczy cech ilościowych, których stopień ujawnienia się zależy od wielu genów. Cechami ilościowymi są m.in.:

• masa ciała;

• wzrost;

• mleczność krów;

• nieśność kur;

• ciśnienie krwi;

• stężenie cholesterolu.

W populacji cechy ciągłe mogą przybierać dowolną wartość między minimum a maksimum. Liczba fenotypów w zakresie cech ilościowych (zmienności ciągłej) jest praktycznie nieograniczona.

RM7e2AQARUr1K

Ilustracja przedstawia widok na ulicę z góry. Ukazane jest przejście dla pieszych. Idą nim i obok niego w różnych kierunkach dziesiątki ludzi.

Zmienność nieciągłą40

Dotyczy cech jakościowych, za które odpowiadają zazwyczaj pojedyncze geny. Przejawia się występowaniem osobników o wyraźnie różnych fenotypach.

W odniesieniu do zmienności nieciągłej możliwe jest wyróżnienie klas osobników o odrębnych fenotypach. Jednak w tym typie zmienności nie wyróżnia się form pośrednich między danymi cechami.

Do cech jakościowych zalicza się:

• umaszczenie (wzory umaszczenia);

• bezrożność;

• umiejętność zwijania języka;

• przyrośnięty lub wolny płatek ucha;

• wzór odcisków palców.

Znaczenie zmienności genetycznej 

Znaczenie zmienności genetycznej obejmuje:

• jest źródłem różnorodności genetycznej, ponieważ prowadzi do powstawania nowych kombinacji genów i alleli;

• jest źródłem różnorodności biologicznej, gdyż zwiększa zdolność organizmów do przystosowywania się do zmieniających się warunków środowiska;

• jest napędem ewolucji, ponieważ zmiany genetyczne mogą być przekazywane kolejnym pokoleniom i podlegają działaniu doboru naturalnego.

Podsumowanie

• Zmienność organizmów czyli zmienność fenotypowa to występowanie różnic między organizmami tego samego gatunku.

• Na zmienność organizmów składają się: zmienność środowiskowa i zmienność genetyczna.

• Zmienność środowiskowa (modyfikacyjna, fluktuacyjna):

  - powstaje pod wpływem czynników środowiska;

  - ten sam genotyp może dawać różne fenotypy w różnych warunkach;

  - zachodzi w granicach normy reakcji genotypu (plastyczności fenotypu);

  - jest zmienna w czasie (ma charakter fluktuacyjny) i nie jest dziedziczna.

• Zmienność genetyczna:

  - wynika z różnic w genotypach osobników;

  - jest w większości dziedziczna i ma kluczowe znaczenie dla ewolucji;

  - odpowiada za różnorodność genetyczną populacji.

• Rodzaje zmienności genetycznej: rekombinacyjna i mutacyjna.

• Zmienność rekombinacyjna - powoduje powstanie nowych kombinacji  genów u potomstwa. Powstaje w wyniku:

  - crossing‑over w mejozie,

  - losowego rozchodzenia się chromosomów,

  - losowego łączenia się gamet.

• Zmienność mutacyjna - wynika z mutacji DNA. 

• Zmienność genetyczna może być ciągła lub nieciągła.

• Zmienność genetyczna ciągła:

  - dotyczy cech ilościowych (np. wzrost, masa ciała);

  - jest zależna od wielu genów;

  - ma wiele możliwych wartości.

• Zmienność nieciągła:
  - dotyczy cech jakościowych;
  - jest zależna zwykle od jednego genu;
  - cechuje ją występowanie wyraźnie różnych fenotypów.

Ćwiczenia utrwalające