Эволюция

Мендель назвал эти факторы, ответственные за проявление признаков растений, «зародышевые единицы». Сегодня они известны как гены (так их впервые в 1909 году назвал датский ученый Вильгельм Иогансен). Различные формы генов именуются аллелями (сокращенно от аллеломорфных паров генов). Известно, что клетка с полным набором хромосом данного вида (диплоидная клетка) содержит два аллеля любого конкретного гена. Каждый аллель содержится в одной из двух гомологичных хромосом (хромосомы, которые образуют пары во время образования клетки). Гамете (яйцеклетке или сперматозоиду) передается только одна из двух гомологичных хромосом. Таким образом, Закон расщепления был подтвержден. Мендель рассматривал факторы наследственности как отдельные независимые частицы, но сейчас известно, что они составляют хромосомы. Закон независимого распределения относится только к тем парам аллелей, которые находятся в разных хромосомах.

МУТАГЕНЫ

Мутагены — это факторы внешней среды, увеличивающие вероятность мутаций и приводящие к наследственным изменениям.

Радиация

Организмы постоянно подвергаются различным типам радиационного облучения. Диапазон электромагнитного излучения простирается от длинных радиоволн до космических лучей с очень короткой длиной волны. Количество энергии, содержащейся в излучении, увеличивается по мере уменьшения длины волн и на определенном этапе лучи начинают проникать внутрь живых клеток.

Ультрафиолетовое излучение обладает менее эффективной способностью проникать внутрь клеток, чем высокоэнергичные лучи, но при этом ДНК легко изменяется под его воздействием, что приводит к структурным повреждениям на молекулярном уровне и вызывает такие последствия, как рак кожи.

Излучение с длиной волны меньшей, чем у ультрафиолетового, называется «ионизирующее излучение». Его уровень энергии настолько высок, что электроны под воздействием лучей сходят с орбит атомов и образуют положительно заряженные ионы. Ионы, а также содержащие их молекулы, химически более активны, чем нейтральные атомы. Этот тип радиации может воздействовать на ДНК и хромосомы, но мутации, вызываемые им, не наследуются, если только они не произошли в органах, производящих половые клетки.

Все организмы в той или иной степени подвергаются низкому уровню облучения космическими лучами и радиоактивными веществами Земли, которые встречаются в горных породах, выходящих на поверхность. Дополнительное облучение вызывается из — за использования человеком радиоактивных изотопов, например, рентгеновских лучей в медицине и выбросов радиоактивных отходов атомного реактора.

Химические вещества

Начиная с 1945 года список мутагенных химических веществ постоянно пополняется, причем многие из них обладают канцерогенными свойствами (вызывают рак). Часто мутагены используют в сельском хозяйстве Для улучшения роста злаковых культур и повышения урожая. Так, например, колхицин вызывает удвоение хромосом в клетках и приводит к увеличению роста растении.

См. также статьи «Искусственный отбор растений», «Мутация».

МУТАЦИЯ

Мутация — это непредвиденное изменение наследственных свойств организма в результате перестроек и нарушений отдельных генов или хромосом. Хотя термин «мутация» обычно используется именно в этом смысле, исторически он имел более широкое значение, включающее изменения порядка и структуры хромосом. Мутации предоставляют «сырой» материал для эволюции и считаются основой изменчивости представителей популяции, на базе которой и осуществляется естественный (или искусственный) отбор комбинаций генов, наиболее приспособленных к окружающей среде.

Многие мутации могут быть нейтральными или «молчащими» (то есть не оказывающими заметного влияния на организм). Вредные мутации становятся очевидными, поскольку изменяют выживаемость организма. Мутации происходят случайно, но их могут вызывать различные факторы внешней среды. Спонтанные мутации возникают в результате ошибок при репликации; разные гены могут подвергаться мутации с различной частотой.

Многие обусловленные мутации могут возникать в результате влияния на организм факторов внешней среды (мутагенов), таких, как:

• Рентгеновские лучи. Вызывают нарушения в цепочках ДНК, что приводит к перестановкам (блоковые мутации) и удалению фрагментов.

• Ультрафиолетовые лучи. Вызывают точковые мутации, включая замену оснований, вставки и удаление.

•Химические вещества. Включают:

— аналоги оснований, которые подставляются вместо нормальных оснований при синтезе ДНК, что приводит к ошибочному спариванию;

— реактивы, которые добавляют в химические группы или удаляют их из нормальных оснований, что приводит к ошибочному спариванию во время репликации ДНК (например, бензол, формалин, четыреххлористый углерод).

Гены мутируют с определенной частотой, которая зависит от вида генов — некоторые из них обладают весьма высокой частотой спонтанной мутации. Большинство мутаций происходит в соматических клетках (клетках тела) и не наследуется. Те мутации, что совершаются в половых клетках, могут наследоваться.