Қазақша рефераттар

Популяциядағы генетикалық бейімдеушілік пен генетикалық гемостаз

Жаңа биологияның міндеті: эволюцияны саналы басқару

Жаңа биологияның жауапты міндеттерінің бірі — популяциялар мен түрлердің эволюциясын саналы түрде басқару және оны нақты мақсатқа қарай бағыттау. Эволюция табиғат заңдылықтарына бағынады, алайда жануарлар, өсімдіктер, микроорганизмдер мен вирустар деңгейінде жүретін өзгерістерді адам ғылыми негізде түсініп, қажет болған жағдайда реттей алуы тиіс.

Эволюция мен селекция көп факторлардың күрделі жиынтығына сүйенеді. Солардың ішінде ең маңыздысы — табиғи және қолдан сұрыптау. Орта әсері мен адамның мақсатына байланысты популяциялар мен топтардың генетикалық құрылымы өзгеріп отырады.

Іс жүзіндегі мәні

Мал тұқымын асылдандыру мен өнімділікті арттыру үшін тек жеке дараларды емес, тұтас тұқымның генотиптік жүйесін (топтық деңгейдегі тұқымқуалаушылық құрылымды) білу қажет.

Популяция ұғымы және оның негізгі белгілері

Н.В. Тимофеев-Ресовскийдің анықтамасы бойынша, популяция — ортақ мекенде тіршілік ететін, сол ортаға бейімделген, басқа топтардан салыстырмалы түрде оқшауланған және өзара еркін шағылыса алатын бір түрге жататын организмдер жиынтығы.

Географиялық оқшаулану мысалы

Колгуев аралындағы бұғылар теңіз арқылы материктегі бұғылардан бөлінген. Осы оқшаулану нәтижесінде Колгуев бұғыларының ерекше популяциясы қалыптасқан: олар генотипі мен фенотипі бойынша өзгеше, әрі ірілеу және тіршілікке бейімділігі жоғары болуы мүмкін.

Ауыл шаруашылығындағы мысал

Бір шаруашылықта малдың екі тұқымын бір-бірімен шағылыстырмай бөлек өсірсе, әр тұқым өзінше екі бөлек популяция ретінде қарастырылады. Мұндай жағдайда жұп таңдау көбіне сол топтың ішінде жүреді және сырттан жануар әкелінбеуі мүмкін.

Генофонд (генетикалық қор)

Әр популяция белгілі бір генофондпен сипатталады — бұл популяциядағы гендер мен олардың аллельдерінің жиынтығы. А.С. Серебровский осы ұғымды ғылыми айналымға енгізген. Тұқымдар арасындағы негізгі айырмашылықтардың көбі генофонд ерекшелігімен түсіндіріледі.

Егер тұқым генофондында құнды гендер аз болса немесе қажетті селекциялық алғышарттар жеткіліксіз болса, тұқымды белгілі бір бағытта жетілдіру қиындайды. Мысалы, сүттілігі мен салмағы жақсы сиырларда сүттің майлылығы төмен болса, майлылығы жоғары басқа тұқыммен будандастыру қажет болуы мүмкін. Мұнда бастапқы материалды дұрыс таңдау — селекционер үшін шешуші мәселе.

Популяция генетикасы: тәжірибелер және негізгі заңдылықтар

Иоганнсен тәжірибелері (1903)

Популяция құрылымын генетикалық және статистикалық әдістермен алғаш зерттегендердің бірі — В. Иоганнсен. Ол үрме бұршақты тұқым көлеміне қарай сұрыптап, ұрпақтарындағы ауытқуларды бақылаған. Жалпы байқау: ірі тұқым себілсе — орташа ұрпақ ірілеуге, ұсақ тұқым себілсе — ұрпақ ұсақтауға бейім көрінеді. Бұл зерттеулер тұқымқуалаушылық пен орта әсерін ажырату мәселесіне жол ашты.

Панмиксия және Харди—Вайнберг тепе-теңдігі (1908)

Кездейсоқ шағылысу тән популяциялар еркін шағылысатын (панмикциялық) популяциялар деп аталады. Мұндай жағдайда келесі ұрпақтың генетикалық құрылымы әртүрлі гаметалардың сан алуан үйлесулерінен қалыптасады; генотиптердің жиілігі аллель жиіліктеріне тәуелді.

Негізгі қағида

Харди мен Вайнберг ұсынған модель бойынша, егер сұрыптау, миграция, мутация және кездейсоқ дрейф әсері еленбейтіндей болса, популяцияда аллель жиіліктері тұрақты қалыпта сақталып, генотиптер белгілі қатынаста болады:

p + q = 1

Полиморфизм, бейімделушілік және генетикалық гемостаз

Популяциядағы тұқым қуалайтын өзгергіштік көбіне мутациялардың гетерозиготалы күйде сақталуымен байланысты. Бұл өзгергіштік жаңа орта жағдайына жылдам бейімделуге мүмкіндік береді және генетикалық полиморфизмді қалыптастырады.

Егер әртүрлі генотиптер популяцияда белгілі бір тұрақты арақатынаста ұрпақтан-ұрпаққа сақталып отырса, бұл құбылыс теңескен полиморфизм деп аталады. Ал популяцияның өз генетикалық құрылымын сақтап қалуын қамтамасыз ететін процестер жиынтығы генетикалық гемостаз ретінде қарастырылады.

Гетерозиске ықпал ететін ықтимал тетіктер

  • Плейотропия: кейбір гендер бір мезгілде бірнеше белгілерге әсер етеді; әсері пайдалы белгілерді күшейтсе, тіршілікке қабілеттілік артады.
  • Доминанттық әсер: доминант аллельдер белгінің көрінуін күшейтіп, рецессивті аллельдер әлсіретуі мүмкін; доминанттық/рецессивтік қатынасқа табиғи сұрыптау ықпал етеді.
  • Аддитивтік әсер: белгіні күшейтетін доминант гендердің шоғырлануы ұрпақта жинақталып, нәтижесінде даму деңгейі артуы ықтимал.
  • Аса доминанттылық: кей жағдайларда гетерозиготалы генотип фенотип бойынша екі гомозиготадан да басым көрінуі мүмкін.

Микроэволюция және түр түзілу

ХХ ғасырдың 30-жылдарынан бастап популяцияға түрдің тіршілік ету формасы ретінде ерекше назар аударылды. Зерттеулер эволюциялық өзгерістердің ең әуелі түр ішінде жүріп, жаңа түрішілік топтар — популяциялар мен түр тармақтарын қалыптастыратынын көрсетті. Бұл бастапқы кезең микроэволюция деп аталады және тарихи салыстырмалы қысқа мерзімде өтетіндіктен, оны тікелей бақылап зерттеуге болады.

Географиялық түр түзілу

Географиялық түр түзілу бастапқы түр ареалының кеңеюінен немесе табиғи кедергілердің (климат өзгерісі, тау, өзен және т.б.) пайда болуынан ареалдың оқшауланған бөліктерге бөлінуі арқылы жүреді. Оқшаулану ген ағынын азайтып, топтардың бір-бірінен ажырауын жылдамдатуы мүмкін.

Полиплоидия: хромосома санының еселенуі

Полиплоидия құбылысын 1890 жылы орыс ғалымы И. И. Герасимов ашып, спирогира балдырларына кейбір наркотикалық заттардың әсерін зерттеу барысында жасуша бөлінуіндегі бұзылыстардың хромосомалар санының еселенуіне әкелетінін байқаған. Кейін Г. Винклер бұл құбылысты полиплоидия деп атауды ұсынды.

Өсімдіктерде жиі

Полиплоидиялық түрлер өсімдіктерде, әсіресе гүлді өсімдіктерде кең таралған. Кейбір туыстарда хромосома жиынтығы жүйелі түрде еселеніп отыратын “қатарлар” қалыптасады.

Бидай мысалы (Triticum)

Бидай түрлерін хромосома санына қарай шартты түрде 3 топқа бөлуге болады: 2n=14 (диплоид), 4n=28 (тетраплоид), 6n=42 (гексаплоид). Гаплоидтық негізгі сан ретінде n=7 қарастырылады.

Жануарларда сирек

Жануарларда полиплоидия сирек кездеседі. Ол көбіне гермафродит түрлерде немесе партеногенезге бейім организмдерде байқалуы мүмкін, бірақ кейбір сүтқоректілерде де ерекше жағдайлар ұшырасады.

Полиплоидияның негізгі түрлері

  • Аутополиплоидия: бір түрдің хромосомаларының еселенуі нәтижесінде пайда болады.
  • Аллополиплоидия: әртүрлі түрлердің будандасуы мен кейінгі хромосома еселенуі арқылы қалыптасады.

Эволюциядағы прогресс және қайталанбау заңы

Долло заңы

Биологиялық прогресс — тарихи процесс ретінде қайталанбайтын құбылыс: бұрын өмір сүріп, кейін жойылған формалар филогенетикалық дамуда дәл сол күйінде қайта пайда болмайды. Эволюцияда “кері қозғалыс” болмайды; кейбір ұқсас нәтижелер пайда болса, ол көбіне конвергенция ретінде түсіндіріледі. Бұл тұжырым эволюцияның қайталанбау заңы (Л. Долло) деп аталады.

Северцов бойынша прогресс бағыттары

А.Н. Северцов органикалық дүниедегі прогресті екі тұрғыдан қарастырды: морфологиялық–физиологиялық прогресс (құрылыс пен функциялардың жетілуі) және биологиялық прогресс (түрдің өркендеуі: санының артуы, ареалының кеңеюі, түрішілік топтардың көбеюі).

Биологиялық прогресстің бағыттары

  • Араморфоз (ірі морфологиялық–физиологиялық өзгеріс)
  • Идиоадаптация (жеке бейімделу)
  • Жалпы дегенерация (морфофизиологиялық регресс)
  • Ценогенез (эмбриондық бейімделу)

Араморфоздың мәні

Араморфоз универсалды өзгерістерге әкеледі: организм құрылысы жоғарылап, орта жағдайына бейімделудің жаңа, кең мүмкіндіктері пайда болады. Мұндай өзгерістер жеке мүшелердің ғана емес, тұтас организм деңгейінде де көрінуі мүмкін.

Араморфоз мысалы: омыртқалылар жүрегінің эволюциясы

Омыртқалыларда жүрек құрылысының күрделенуі тіршілік әрекетінің энергетикалық тиімділігін арттыратын маңызды араморфоз ретінде қарастырылады. Балықтарда жүрек екі камералы; амфибияларда құлақша екіге бөлінеді де, қан ағымының ұйымдасуы күрделенеді. Бұл өзгерістер тыныс алу мен қанайналымның тиімділігін арттырып, кең орта жағдайларында өмір сүруге мүмкіндік береді.

Өсімдіктердегі ірі өзгерістер

Өсімдіктер филогенезінде өткізгіш жүйенің, эпидермис пен оларға байланысты бейімделулердің қалыптасуы құрлықты игеруге жол ашты. Сонымен бірге тозаң түтігінің пайда болуы ұрықтану процесін су тамшыларына тәуелді етпей, көбею стратегиясын түбегейлі өзгертті. Мұндай өзгерістер араморфозға тән.

Тұқым қуаламайтын өзгергіштік және жеке өзгергіштік

Модификация (флюктуация)

Тұқым қуалайтын өзгергіштіктен бөлек, тұқым қуаламайтын өзгергіштік те болады. Ол модификация немесе флюктуация деп аталады және онтогенез барысында сыртқы орта әсерінен қалыптасады. Жынысты көбею кезінде мұндай өзгерістер келесі ұрпаққа берілмейді.

Мұны вегетативті көбейетін өсімдіктер арқылы дәлелдеуге болады: бір өсімдіктен алынған генетикалық бірдей ұрпақтар тобы клон деп аталады. Бір клонды әртүрлі экологиялық жағдайға орналастырғанда сыртқы белгілер өзгеруі мүмкін, ал бастапқы ортаға қайта әкелгенде белгілердің қайта қалпына келуі ықтимал. Дж. Клаузен тәжірибелері осыны көрсеткен.

Жеке өзгергіштік

Жеке өзгергіштік — бір жұп ата-ананың ұрпағында немесе бір популяциядағы дараларда бір-біріне ұқсамайтын, әрқайсына тән белгілердің болуы. Бұл құбылыс табиғатта кең тараған.

Жануарлардан мысал

Бір жерден алынған еркек бұғы-қоңыздардың дене өлшемі бірдей болмайды. Кей жәндіктерде түс реңінің ауытқуы өте жоғары: мысалы, “сары қоңызда” металл жылтыры жасылдан күрең-қызылға, көкке, тіпті қараға дейін өзгеруі мүмкін.

Өсімдіктерден мысал

Бір сортты бидайдың масақтарын салыстырғанда, олардың ұзындығы, дән саны, реңі және басқа белгілері әр масақта әртүрлі болуы мүмкін.

Қорытынды

Эволюциялық теория органикалық дүниенің даму заңдылықтарын зерттейді. Органикалық эволюция — тірі табиғаттың адаптивтік өзгергіштігінің тарихи процесі: ол қайта оралмайтын және жалпы алғанда прогрессивті бағытта өтеді.

Тіршіліктің эволюциясы шартты түрде 3 кезеңмен сипатталады

  1. Тіршіліктің дамуы.
  2. Организмдердің нақты топтарының және тұтас биосфераның дамуы.
  3. Адамның ерекше биоэлементтік жүйе ретінде пайда болуы.

Қазіргі таңда сипатталған өсімдік түрлері шамамен жарты миллионға жуық, жануарлар түрі бір миллионға жақын. Ал әлі толық ашылмаған түрлердің саны кемінде 1–2 миллионнан асады. Ғалымдардың бағалауы бойынша, бір кездері Жер бетінде өмір сүріп, қазір жойылып кеткен түрлер саны қазіргі түрлерден 5–9 есе көп болуы мүмкін.

Эволюцияны басқару — популяция ішіндегі генетикалық процестерді, тұқымқуалаушылық пен өзгергіштік заңдылықтарын және оларды туындататын факторларды терең білуді қажет етеді. Бұл табиғи популяцияларды түсінуде де, селекция арқылы қажетті қасиеттерді қалыптастыруда да шешуші маңызға ие.