Причины мутаций. Закон гомологических рядов наследственной изменчивости.Виды мутаций

Причины мутаций долгое время оставались невыясненными. Лишь в 1927 году сотрудник Т. Х. Моргана - Г. Меллер - показал, что их можно вызвать искусственно. Он получал мутации у дрозофил, действуя на них рентгеновскими лучами. Факторы, способные вызывать мутации, получили название мутагенных, они бывают физического, химического и биологического происхождения. 

Физические мутагены. Среди мутагенов физической природы наибольшее значение имеют ионизирующие излучения, в частности, рентгеновское. Проходя сквозь живое вещество, рентгеновские лучи (или гамма-лучи) выбивают электроны из внешней оболочки атомов или молекул, вследствие чего последние становятся заряженными положительно, а выбитые электроны продолжают этот процесс, вызывая химические превращения различных соединений живых организмов. К физическим мутагенов относятся также ультрафиолетовые лучи, повышенная температура и т.п.. Как и рентгеновские, ультрафиолетовые лучи в клетках,? Цо подвергшихся облучению, приводят к изменениям, химических реакций, которые являются причинами различных мутаций, зачастую генных и реже-хромосомных. Повышенная температура может увеличить количество генных, а при росте ее к верхней границе выносливости организмов - также и хромосомных мутаций.

Химические мутагены открыто позднее физические. Значительный вклад в их изучение сделала украинская генетическая школа во главе с академиком С. М. Гершензоном. Сейчас известно много химических мутагенов, и ежегодно открывают новые. Например, алкалоид колхицин разрушает веретено деления, что приводит к удвоению числа хромосом в клетке. Газ иприт, который использовали для изготовления химического оружия, повышал частоту мутаций в экспериментальных мышей в 90 раз. Химические мутагены способны образовывать мутации всех типов. К биологическим мутагенов относятся вирусы. Как показали многочисленные исследования, в клетках, пораженных вирусами, мутации наблюдают значительно чаще, чем у здоровых. Вирусы способны вызывать как хромосомные, так и генные мутации. Они вводят определенное количество собственной генетической информации в генотип клетки-хозяина. Считается, что этот процесс имеет важное значение в эволюции прокариот, поскольку вирусы таким образом переносят генетическую информацию между особями разных видов (горизонтальный перенос генов). 

Спонтанные (самопроизвольные) мутации возникают без влияния мутагенных факторов, в частности как ошибки при воспроизведении генетической информации. Их причины окончательно еще не выяснено. Это могут быть естественный радиационный фон, космические лучи, которые достигают поверхности Земли, и тому подобное.

Биологические антимутационные механизмы, направленные на защиту генетической информации от мутаций, - вырожденность генетического кода и повторяемость многих генов в геноме. Благодаря им, даже если произойдут мутации определенных триплетов, подобные триплеты-синонимы кодироваться соответствующую аминокислоту и состав синтезируемых в организме белков не изменится. Защитой от мутаций является также удаление из молекулы ДНК измененных участков, в частности при участии ферментов (образуются два разрыва, поврежденный участок молекулы нуклеиновой кислоты удаляется, а на ее место встраивается фрагмент молекулы с присущей этому участку последовательностью нуклеотидов). 

Общие свойства мутаций. Способность к мутациям присуща всем живым существам. Мутагены универсальные, т.е. могут приводить к мутациям у других организмов. В отличие от модификаций, мутации ненаправленный: один и тот же мутагенный фактор, действующий с одинаковой интенсивностью на организмы с идентичным генотипом (например, однояйцевых близнецов), может вызывать у них разные мутационные изменения. Вместе с тем различные мутагенные факторы могут вызывать у далеких в генетическом отношении организмов подобные наследственные изменения. Степень выражения мутаций в фенотипе не зависит от интенсивности и длительности действия мутагенного фактора: за кратковременной слабого действия мутагенного фактора мутационные изменения могут быть выражены более, чем за длительной и сильной, но в последнем случае возрастает частота мутаций.

Для всех мутагенных факторов не существует нижнего порога их действия, то есть пределы снижения интенсивности, после которой они могут вызывать мутации. Это свойство имеет важное практическое и теоретическое значение, поскольку даже низкие дозы мутагенных факторов способны вызывать мутации, и поэтому геном организмов следует защищать от всех мутагенов, несмотря на интенсивность их действия.

Различные виды организмов и даже разные особи одного вида отличаются по чувствительности к мутагенов. Так, взрослые особи некоторых членистоногих (скорпионов, багатонижоис-кивсяка т.п.) способны выдерживать дозы радиации до 100 000 советов (1 советов = 1,07 рентгена), а для того, чтобы убить клетки некоторых бактерий, нужна доза около 1 000 000 советов. Доза в 200 рад способна убивать зародыши некоторых насекомых, взрослые особи которых сохраняют жизнеспособность при дозах свыше 10 000 советов, то есть на ранних этапах развития организмов их чувствительность к мутагенных факторов выше, чем у взрослых особей. Для человека смертельной считается доза в 700 рад и более.

Значение мутаций в природе и жизни человека Мутации являются одним из источников наследственной изменчивости - важного фактора эволюции организмов. Большинство из них вредна для живых существ, поскольку снижает приспособленность к условиям существования, приводит к разнообразным нарушениям процессов жизнедеятельности и наследственных заболеваний. Но нейтральные мутации, которые почти не выливают на жизнеспособность организмов, при определенных изменений окружающей среды могут оказаться полезными.

Мутации широко применяются в селекции растений и микроорганизмов, поскольку они дают возможность увеличить разнообразие исходного материала, а значит - повысить эффективность селекционной работы. Они используются и при разработке генетических методов борьбы с вредными организмами. В лабораторных условиях самцов вредного вида подвергают действию мутагенных факторов, влияющих на половые клетки. В результате этого они становятся неспособными к оплодотворению (стерильными). Таких мутантных самцов выпускают в природу, где они спариваются с самками из природных популяций. Отложенные ими яйца оказываются нежизнеспособными. Таким образом, не загрязняя окружающей среды химическими соединениями, возможно эффективно снижать численность популяций вредных видов.

Закон гомогологичних рядов наследственной изменчивости, сформулированный выдающимся русским генетиком и селекционером M.И.Ba-лов, состоит в том, что генетически близкие виды и роды характеризуются сходными рядами наследственной изменчивости с такой правильностью, что, изучив ряд форм в пределах одного вида или рода , можно предположить наличие форм с подобным сочетанием признаков в пределах близких видов или родов. Чем теснее родство между такими организмами, тем большее сходство в рядах их наследственной изменчивости. Эта закономерность, которую Н. И. Вавилов установил для растений, имеет универсальный характер для всех организмов. Генетической основой данного закона является то, что степень исторического родства организмов прямо пропорционален количеству общих генов у групп, которые сравниваются. Поэтому и мутации этих генов могут быть сходными. Фенотипически это проявляется как одинаковый характер изменчивости многих признаков у близких видов, родов и т.д..

Закон гомологических рядов наследственной изменчивости имеет большое теоретическое и практическое значение, поскольку дает ключ для понимания направлений эволюции родственных групп. В селекции на его основании планируют создание новых сортов растений и пород домашних животных с определенной совокупностью наследственных признаков, изучив наследственную изменчивость близких видов. В систематике организмов этот закон дас возможность находить новые ожидаемые формы (виды, роды и др.), с определенной совокупностью признаков, если подобную совокупность обнаружено в родственных систематических группах.
Выводы:
Причиной многих мутаций является мутагенные факторы, т.е. факторы окружающей среды, способны приводить к наследственным изменениям организмов. В зависимости от природы этих факторов их подразделяют на физические, химические и биологические.

Для мутаций характерны следующие закономерности: они неспрямо-ны, как правило, лишены адаптивного значения, степень их проявления не зависит, а частота - зависит от интенсивности и длительности действия мутагенных факторов.

На основании того, что у близких в генетическом отношении организмов часто возникают одинаковые мутации, В. И. Вавилов сформулировал закон гомологических рядов наследственной изменчивости: генетически близкие виды и роды характеризуются сходными рядами наследственной изменчивости.


Загрузка...
Яндекс.Метрика Google+