Підручник Біологія 9 клас - В. І. Соболь - Абетка 2017

Тема 5. ЗАКОНОМІРНОСТІ УСПАДКУВАННЯ ОЗНАК

§ 41. МУТАЦІЇ. МУТАГЕНЕЗ

Omnia mutantur (Все змінюється)

Латинське прислів'я

Основні поняття й ключові терміни: Мутаційна теорія. МУТАЦІЇ. Мутагени.

Пригадайте! Що таке мутаційна мінливість?

Поміркуйте!

«Є понад 25 000 сортів троянд. Серед них - із пелюстками зеленого чи чорного кольору, з дуже великими й дуже малими квітками, колючі й без колючок. Є навіть такі, що пахнуть гвоздикою, гіацинтом, ваніллю... Але все то троянди!» Що спричиняє появу ознак, що їх людина закріплювала в селекції троянд?

ЗМІСТ

Яке наукове значення мутаційної теорії?

Мутаційна теорія - розділ генетики, що вивчає причини, різноманітність та значення мутацій. Основні положення теорії мутацій були сформульовані голландським ботаніком Гуго де Фрізом (1848 - 1935). Розвиток теорії пов’язаний з дослідженнями таких учених, як Г. Д. Меллер, В. В. Сахаров, Г. А. Надсон, С. М. Гершензон та ін. Основою сучасної мутаційної теорії є такі положення.

• Здатність утворювати мутації є універсальною властивістю всіх живих організмів.

• Мутації виникають раптово, стрибкоподібно і проявляються у вигляді ознак.

• Мутації є спадковими і передаються наступному поколінню, якщо не спричиняють стерильність чи загибель організмів.

• Ті самі мутації можуть виникати повторно і неодноразово.

• Мутації проявляються по-різному й можуть бути генними, хромосомними й геномними, домінантними й рецесивними, соматичними й генеративними.

• Мутації не мають спрямованості на дію чинників і можуть бути корисними, шкідливими або нейтральними для організмів.

• Мутації можуть бути спонтанними й індукованими. Індуковані мутації спричинені дією на організм мутагенних чинників. Сучасна мутаційна теорія має важливе значення для селекції, еволюційної біології, медицини, мікробіологічної промисловості, сільського господарства та ін.

Отже, мутаційна теорія є важливим розділом сучасної генетики.

Які види та наслідки мутацій?

МУТАЦІЇ (від лат. mutation - зміна) - стійкі зміни генетичного апарату, які виникають раптово і призводять до змін тих чи інших спадкових ознак організму. Поняття мутація ввів у науку Гуго де Фріз.

Іл. 112. Генна мутація короткохвостості у кішки породи бобтейл

За характером спадкових змін генетичного апарату виокремлюють генні, хромосомні та геномні мутації.

Генні мутації - стійкі зміни окремих генів, спричинені порушенням послідовності нуклеотидів у молекулах нуклеїнових кислот. Порушення у структурі ДНК призводять до мутацій тільки тоді, коли не відбувається репарація. Генна мутація стосується, як правило, лише однієї ознаки або ознак, що визначаються одним геном. Генні мутації можуть бути домінантним (наприклад, меланізм у леопардів, укорочений хвіст у кішок (іл. 112), полідактилія у людини) і рецесивними (наприклад, альбінізм у хребетних тварин, фенілкетонурія у людини). Значення генних мутацій полягає в тому, що вони становлять більшість мутацій, з якими пов’язана еволюція органічного світу.

Хромосомні мутації — це мутації, які виникають у результаті перебудови хромосом. Це відбувається внаслідок розриву хромосом з утворенням фрагментів, що потім об’єднуються. Вони можуть виникати як у межах однієї хромосоми, так і між хромосомами. Хромосомні перебудови, як правило, призводять до порушень множини ознак і спричиняють відхилення, що скорочують життя або несумісні з ним. Прикладом хромосомних мутацій є синдром «крику кішки» в людини (46,5-), за якого спостерігається втрата фрагмента у п’ятій парі хромосом.

Геномні мутації — це мутації, які пов’язані зі зміною кількості наборів хромосом.

Основними видами геномних мутацій є: збільшення кількості хромосомних наборів (поліплоїдія), зменшення кількості хромосомних наборів, зміна числа хромосом окремих пар (анеуплоїдія). Геномні мутації у природі є одним із механізмів видоутворення. Дуже багато поліплоїдних видів є серед рослин, набагато менше їх серед тварин. Геномні мутації застосовують для створення поліплоїдних сортів, які різняться збільшеними розмірами клітин й організмів, більшою врожайністю (іл. 113). Геномні мутації часто порушують мейоз та відтворення, спричиняють безплідність, знижують життєздатність організмів, зумовлюють спадкові хвороби. Прикладом такого захворювання є синдром Дауна у людини (47, 21+).

Отже, за змінами генетичного апарату розрізняють генні, хромосомні та геномні мутації.

Іл. 113. Триплоїдний сорт безнасінних кавунів

Які причини мутацій?

За причинами спадкових змін мутації поділяють на спонтанні та індуковані. Спонтанні (природні) мутації — це мутації, які виникають у природних умовах, а індуковані (штучні) мутації — це мутації, які виникають у штучних умовах під спрямованим впливом мутагенних факторів. Мутагени - це фактори, що спричиняють мутації. За походженням мутагени є фізичними, хімічними й біологічними.

Серед фізичних мутагенів найбільше значення має йонізуюче випромінювання (рентгенівське, ультрафіолетове, гамма-промені). Проникаючи в клітини, промені вибивають електрони із зовнішньої оболонки атомів або молекул, унаслідок чого виникають негативно заряджені частинки або високоактивні вільні радикали. Вони порушують структуру білків, спричиняють розриви ДНК, появу хромосомних й генних мутацій. До фізичних мутагенів належать також фотони світла, підвищена температура тощо.

Іл. 114. С. М. Гершензон (1906 - 1998) відкрив мутагенну дію ДНК

Хімічні мутагени було відкрито пізніше за фізичні. Значний внесок у їхнє вивчення зробила українська школа генетиків, очолювана академіком С. М. Гершензоном. Нині відомо багато хімічних мутагенів. Це гідроген пероксид, нітратна кислота, формальдегід, хлороформ, бензопірен. До хімічних мутагенів відносять також пестициди, деякі лікарські препарати (антибіотики, хінін), важкі метали (ртуть, свинець), деякі харчові добавки, алкалоїд колхіцин. До небезпечних хімічних мутагенів віднесено азбест і діоксини, які утворюються внаслідок термічної переробки органічної сировини чи хлорування під дією високих температур. Хімічні мутагени здатні спричиняти мутації всіх типів, і їхній механізм дії подібний до впливу опромінення.

До біологічних мутагенів належать віруси, токсини грибів-паразитів, отруйних рослин й тварин. У клітинах, уражених вірусами, мутації спостерігають значно частіше, ніж у здорових. Віруси можуть вводити певну кількість власної генетичної інформації в генотип клітини-хазяїна. Вважають, що ці процеси відігравали важливу роль в еволюції прокаріотів, оскільки віруси здійснюють горизонтальне перенесення генів між клітинами різних видів.

Живі організми мають біологічні антимутаційні механізми, спрямовані на захист генетичної інформації від мутацій. Це: а) репарація (видалення за участі ферментів із молекули ДНК змінених ділянок); б) виродженість генетичного коду; в) апоптоз (запрограмована загибель соматичних клітин, що спостерігається в разі закінчення терміну життя клітини, у разі різних захворювань і не допускає поділу мутантних клітин); г) повторюваність багатьох генів у геномі.

Отже, причиною спонтанних мутацій є природні умови (радіаційний фон Землі, ультрафіолетові промені сонячного світла), а індукованих - фізичні, хімічні та біологічні мутагени.

ДІЯЛЬНІСТЬ

Практична вправа «Приклади мутацій і модифікацій»

Визначте, які з названих змін є мутаціями (А), а які - модифікаціями (Б): а) рахіт у людини; б) зміна форми листка у стрілиці внаслідок занурення у воду; в) редуковані крила у дрозофіли; г) підвищення кількості еритроцитів в крові людини у високогірних умовах; д) поліплоїдія у кукурудзи; е) різне забарвлення квіток у китайської примули за різних температур; є) альбінізм тигрів; ж) зміна забарвлення шерсті у зайця-русака на зиму; з) дальтонізм людини; и) синдром Марфана; і) засмага людини.

А. Мутації

Б. Модифікації

Завдання на застосування знань

На ілюстрації показано мутації забарвлення шерсті у миші хатньої:

1 - сіре забарвлення дикого типу миші; 2 - мутантна форма з білим забарвленням; 3 - мутантна форма з жовтим забарвленням; 4 - мутантна форма з чорним забарвленням; 5 - мутантна форма з коричневим забарвленням; 6 - мутантна форма з крапковим забарвленням. Яке значення мутацій для миші хатньої зокрема і живої природи загалом?

СТАВЛЕННЯ

Біологія + Здоров'я

Застосуйте знання та обґрунтуйте заходи щодо профілактики мутацій. Висловіть судження щодо впливу на потомство шкідливих звичок батьків (тютюнокуріння, вживання алкогольних напоїв, наркотичних речовин).

ЗАХОДИ ЩОДО ЗАХИСТУ ВІД ВПЛИВУ МУТАГЕННИХ ЧИННИКІВ

Заходи

Обґрунтування

Уникайте копчених м'ясних продуктів, газованої води із синтетичними барвниками

Вживайте більше натуральних продуктів

Формуйте переконання про негативний вплив шкідливих звичок

Споживайте більше капусти, хліба з висівками, зелені, круп

Не зловживайте засобами побутової хімії (лаками, мийними засобами)

Вживайте в харчуванні вітаміни А, Е

Не вживайте без консультації з лікарем невідомих ліків

Періодично використовуйте трав'яні збори для очищення печінки

Своєчасно лікуйте запалювальні хвороби, що знижують імунітет

РЕЗУЛЬТАТ

Оцінка

Завдання для самоконтролю

1 - 6

1. Що таке мутаційна теорія? 2. Назвіть основні положення мутаційної теорії. 3. Що таке мутації? 4. Наведіть приклади мутацій. 5. Що таке мутагени? 6. Назвіть основні групи та приклади мутагенів.

7 - 9

7. Яке наукове значення мутаційної теорії? 8. Які види та наслідки мутацій? 9. Назвіть причини мутацій?

10 - 12

10. Обґрунтуйте заходи щодо профілактики й захисту від мутагенних чинників.



Відвідайте наш новий сайт - Матеріали для Нової української школи - планування, розробки уроків, дидактичні та методичні матеріали, підручники та зошити