Organizmo požymiai ir modifikacinis kintamumas

ORGANIZMO POŽYMIAI IR MODIFIKACINIS KINTAMUMAS Genetikai organizmus apibūdina dviem terminais – genotipu ir fenotipu. Genotipas - tai organizmo (ląstelės) genetinės informacijos (genų) visuma. Fenotipas – visų organizmo ar ląstelės požymių visuma. Fenotipas yra realizuota, įgyvendinta genetinė informacija. O kas yra organizmo požymiai? Organizmo požymiai yra organizmo ypatumai, kuriuos galima įvertinti (išsiaiškinti), suskaičiuoti ar išmatuoti. Kiekvienas organizmas turi labai daug požymių, nes kiekvienas organizmas yra sudėtinga sistema, sudaryta iš daugelio dalių, kuriose vyksta sudėtingi reiškiniai. Tą patį galima pasakyti ir apie kiekvieną ląstelę, nes ir kiekviena ląstelė yra lyg organizmas, tik ne toks autonomiškas. Organizmų požymiai kartais skirstomi į išorinius bei vidinius. Šis skirstymas yra gana sąlyginis. Išoriniais požymiais paprastai vadinami išorinės kūno sandaros požymiai (pvz., plaukų, akių rainelių, odos spalva, pirštų skaičius, ūgis ir pan.) bei “išoriniai” fiziologiniai (pvz., prakaito išsiskyrimas ir odos varžos kitimas reaguojant į temperatūrą) bei elgseniniai atsakai (individo reakcija į pavojų, skausmą ir pan.). Vidiniais požymiais vadinami vidinės organizmo sandaros bruožai (skrandžio forma, kaulų tvirtumas, eritrocitų kiekis kraujyje), vidinės fiziologinės reakcijos (gliukozės koncentracijos kraujo plazmoje reguliavimas, adrenalino išskyrimas kraujin streso atveju ir pan.). Organizmo sandaros kitimo ontogenezėje ypatumai taip pat yra organizmo požymiai. Žmogus turi daug genų (manoma, apie 100 000) ir aibes visokių įmanomų požymių. Kyla klausimas, kaip siejasi genas ir požymis? Paprasčiausias ryšys būtų “vienas genas – vienas požymis”. Iš dalies tai teisinga, nes daugumą genų lemia baltymus: kiekvienas genas lemia vieną baltymo molekulių tipą (arba vieną molekulės subvienetą, jei baltymas turi ketvirtinę struktūrą). Tačiau tai nėra taip parasta. Tam tikro baltymo buvimą ar nebuvimą galima laikyti elementariausiu požymiu. Tačiau egzistuoja sudėtingesni požymiai, kuriuos lemia keletas skirtingų genų. Ir kiekvienas genas iš tikrųjų lemia ne vieną, o bent keletą požymių. Reiškinys, kai vienas genas lemia keletą požymių, vadinamas pleotropija. Lyginant atskirus vienos rūšies organizmus matyti, kad jie skiriasi vienas nuo kito daugeliu požymių. Kodėl jie skiriasi? Kas lemia organizmo požymius? Žinoma, kad organizmo turimi požymiai, tai yra, fenotipas priklauso nuo genotipo ir nuo aplinkos. Paėmę ir ištyrę du triušius, pamatytume, kad jie skiriasi savo mase, ausų ilgiu, plaukų skaičiumi kvadratiniame centimetre odos, kraujospūdžiu, gliukozės koncentracija kraujyje ir daugeliu kitų požymių. Ar šių skirtumų priežastis yra genotipų skirtumas, ar aplinkos sąlygų? Triušiai, be abejonės, turi skirtingus genotipus, nes jie dauginasi lytiškai. Ir augimo sąlygos taip pat skirtingos. Tad priežastis gali būti ir genotipas, ir aplinka. Vadinasi, reikia panagrinėti organizmus, kurie turi vienodus genotipus. Tokie organizmai turi būti nelytiniai vieno organizmo palikuonys. Aišku, patogiausias objektas yra augalai, kurie lengvai dauginasi nelytiškai. Paimkime du stiebagumbius iš to paties bulvės kero. Du pasodinkime ir auginkime visiškai vienodose sąlygose - vienodoje dirvoje, vienodai apšviestus, taip pat laistykime ir tręškime… Ir stebėdami pamatysime, kad bulvės augs skirtingos - galbūt, viena išdigs kiek anksčiau, kažkuri bus kiek storesnė, kažkuri - turės didesnį lapų paviršių. Skirtumai tikriausiai nebus dideli, bet bus. Vadinasi, netgi tada, kai genotipas vienodas ir sąlygos atrodo vienodos, organizmai vystosi ne visiškai vienodai. Dalykas tame, kad iš esmės negali būti idealiai vienodų aplinkos sąlygų. Visada būna kad ir labai nedidelių nukrypimų tiek aplinkos sąlygose, tiek organizmo viduje vykstančiuose procesuose. Šie nedideli nuokrypiai paveikia organizmo požymius didėjimo ar mažėjimo kryptimi. Beržas turi daug lapų, šuo - daug plaukų ant nugaros. Visi beržo lapai ir visi šuns plaukai turi vienodą genotipą1. Tačiau išmatavus beržo lapų ilgį ar šuns plaukų ilgį matyti, kad jie nėra vienodi. Vadinasi, esant tam pačiam genotipui požymio vertės gali svyruoti tam tikrame intervale. Tasai intervalas bus dar didesnis, jei to paties genotipo organizmai auga skirtingose sąlygose. To paties bulvių kero stiebagumbius auginant skirtingai – vieną derlingoje žemėje, idealiose sąlygose, o kitą – nederlingame smėlyje, kur trūksta reikiamų mineralinių medžiagų, pamatysime, kad požymiai skirsis labai ryškiai. Skirsis aukštis, masė, lapų spalva, užaugiusių stiebagumbių masė, dydis, skaičius, žydėjimo metas ir trukmė… Vienodo genotipo organizmų savybė įgyti skirtingas požymio vertes skirtingose sąlygose yra vadinama modifikaciniu kintamumu. Modifikacinį kintamumą galima apibūdinti kintamumo intervalu: Intervalas, kurio vertes gali įgyti požymis esant tam tikram genotipui, vadinamas genotipo reakcijos norma. Tarkime išmatuoti 100 atsitiktinai paimtų vieno medžio lapų ilgiai. Tokia grupė matavimui parinktų objektų vadinama imtimi. Labai tiksliai išmatavę imties narius, nerasime dviejų visiškai vienodų lapų. Patys vienodžiausi yra 110,573 mm ir 110,575 mm ilgio. Jie nors ir mažai, bet skiriasi. Atidėję visus šimto lapų ilgius skaičių ašyje turime taškų išsibarstymą. Patys kraštiniai taškai (didžiausias - 124,6 mm ir mažiausias - 93,56 mm) - verčių išsibarstymo intervalas - apytiksliai rodo reakcijos normą. intarpas BIOMETRINIS POŽYMIŲ APRAŠYMAS O ar galima pasakyti, kokio ilgio to medžio lapai? Vieni pasakys, kad neįmanoma, nes medis turi daug lapų, ir visi jie skirtingi. Kiti teigs, kad galima pasakyti vidutinį lapo ilgį. Iš tikrųjų, labiau teisūs antrieji, tačiau vien ilgio vidurkio nepakanka. Norint nurodyti požymį, kuris kinta tam tikrame intervale, reikia nurodyti to požymio vidurkį ir kitimo intervalą. Tačiau tiek požymio vidurkis, tiek intervalas yra kintantys dydžiai - jie priklauso nuo to, kokius objektus mes pasirinkome matuoti. Pvz., kuriuos 100 lapų iš, tarkime, 10 000, kurie auga ant medžio. Jei mes tikrai atsitiktinai išrinkome lapus, vidurkis keičiasi labai mažai. O išsibarstymo pločio intervalas gali labai smarkiai pasikeisti paėmus vieną labai trumpą ar labai ilgą lapą. Išsibarstymo intervalas yra tam tikras reakcijos normos rodiklis, bet jis nėra tikslus. Būtų galima išmatuoti visus medžio lapus (visus 10 000 - jie vadinami generaline aibe), tai ilgas darbas. Šių lapų ilgių išsibarstymo intervalą sužinotume tiksliai. Tiksliai sužinotume ir generalinės aibės vidurkį, bet jis, tikriausiai, mažai skirtųsi nuo 100 lapų didumo imties, jei tik imtis buvo paimta visiškai atsitiktinai. Tokie požymiai kaip ilgis, ūgis, masė ir kiti panašūs pasižymi viena savybe, kuria remiasi biometrija2. Dėl daugelio smulkių poveikių lapo ilgis kinta. Vienuose lapuose sumavosi palankūs poveikiai, ir lapai išaugi ilgesni. Kitus lapus veikė daugiau neigiamų poveikių, ir jie užaugo trumpesni. Tačiau dažniausiai pasitaiko reikšmės, artimos vidurkiui, nes jos susidaro teigiamiems ir neigiamiems požymiams visiškai ar iš dalies kompensuojant vienas kitą. Todėl išmatavus daug objektų, pagal gautas požymio vertes dažniausiai galima nubraižyti varpo formos kreivę, kuri vadinama Gauso3 kreive. Kadangi ši kreivė labai dažnai pasitaiko, ji dar vadinama normaliąja kreive. Atidėjus 100 išmatuotų lapų ilgius ant abscisių ašies ganamas taškų išsibarstymas - vienur taškai išsidėstę tankiau, kitur rečiau. Kad geriau pamatyti, kur yra sutankėjimai, kur praretėjimai, yra braižoma histograma. Visas išsibarstymo intervalas padalinamas į vienodo pločio intervalus. Šių intervalų skaičius priklauso nuo imties didumo. Kuo imtis didesnė, tuo daugiau reikia imti intervalų. Kai imties dydis ~100, rekomenduojami 7–9 intervalai. /?????? Paimtti konkretų pavyzdį / Gaunami skaičiai, vadinami dažniais - jie rodo, kaip dažnai pasitaiko tam tikros požymio vertės. Pagal dažnius nubraižoma histograma. Ant histogramos paprastai galima nubrėžti varpo formos gaubiamąją - Gauso arba normaliąją kreivę. T.y., normalioji kreivė atspindi požymio vertes. O Gauso funkcija turi 2 parametrus, kurie aprašo jos padėtį skaičių ašyje ir išsibarstymo plotį. Tai vidurkis ir vidutinis kvadratinis nuokrypis. Todėl šie du dydžiai biometrijoje vartojami požymiams aprašyti. Vidurkis , kur xi – išmatuotas požymis, o n – imties tūris. Vidutinis kvadratinis nuokrypis . Vidurkis rodo duomenų išsibarstymo centrą, o vidutinis kvadratinis nuokrypis - kaip duomenys išsibarsto apie tą centrą. Kai duomenys yra išsibarstę normaliai, tuomet intarvale ±Sx būna išsidėstę ~68% visų duomenų, intervale ±2·Sx būna ~95% visų duomenų, o intervale ±3·Sx - ~99,5% duomenų. Todėl norint trumpai aprašyti didelį kiekį normaliai pasiskirsčiusių duomenų biologijoje naudojami šie du dydžiai - ir Sx. Paprastai skirtingų genotipų požymiai skiriasi savo reakcijos normomis. Kartais šie skirtumai yra labai ryškūs, o kartais - nelabai ryškūs. Tuomet reikia biometriniais metodais patikrinti, ar skirtumas patikimas. Čichuachua veislės šunys suaugę sveria apie 700 g. Kaip juos bešertume, jie niekada neužaugs kaip senbernarai, kurie suaugę sveria iki 70 kg. Šiame pavyzdyje reakcijos normos aiškiai skiriasi, jos visiškai nepersikloja. Tarkime, girininkija miško atsodinimui turi paprastosios ir dygiosios eglės sėklų. Palyginkime šių eglių sėklų ilgius. Išrinkus 50 paprastosios eglės sėklų pasirodė, kad jų ilgiai išsibarstę intervale nuo 3,5 iki 5,5 mm. Tuo tarpu 50-ies dygiosios eglės sėklų ilgiai barstosi intervale nuo 3,0 iki 4,5 mm. Ar galime teigti, kad šių dviejų rūšių eglių sėklų ilgiai skiriasi? Atrodytų, kad skiriasi. Tačiau išmatuotos ne visos sėklos, o tik po 50 sėklų iš maišelio. Paimta buvo atsitiktinai, todėl ilgesnės ar trumpesnės sėklos į matuojamą imtį galėjo ir nepatekti. Taigi, imtis yra atsitiktinė, todėl jos duomenų išsibarstymo intervalus ar vidurkius tiesiog lyginti negalima. Lyginimui egzistuoja vidurkių lyginimo procedūra [intarpas "Skirtumo įvertinimas"], kurią atliko sužinome tikimybę, kad skirtumas yra neatsitiktinis. intarpas SKIRTUMO ĮVERTINIMAS Kaip patikrinti, ar dviejų skirtingų genotipų lemiamos požymio vertės skiriasi? /aprašyti vidurkių lyginimo procedūrą/ Įvairių biologinių požymių reakcijos normos gali smarkiai skirtis. Vieni požymiai yra labai kislūs, jų reakcijos normos plačios (pvz., kūno masės), kiti gana pastovūs, jų reakcijos normos - siauros. Pastovūs, mažai kintantys požymiai dažnai yra reguliuojami. Paprastai tai būna organizmų gyvybingumui labai svarbūs požymiai. Mažai kinta homeostaziškai valdomi organizmo požymiai - daug kartų matuodami gliukozės koncentraciją kraujyje ar kūno temperatūrą pamatytume, kad ji kinta siaurame intervale. Modifikacija yra organizmo požymio pakitimas reakcijos normos ribose, genotipui nesikeičiant. Modifikacijas nulemia aplinkos sąlygos ir genotipas. Genotipas lemia reakcijos normą (kitimo intervalą), o aplinkos sąlygos - konkrečią požymio vertę (kuriame intervalo taške yra požymis). Modifikacijų naudingumas organizmui Daugelis modifikacijų yra naudingos. Mat dabartinių organizmų protėviai dažnai susidurdavo su gyvenimo sąlygų pokyčiais – sustiprėjusiu saulės spinduliavimu, sumažėjusiu O2 kiekiu ore ir t.t. Evoliucijos eigoje gamtinė atranka atrinko organizmus, kurių genotipai lėmė gebėjimą tinkamai reaguoti į kenksmingus aplinkos pokyčius. Pavasarį ir vasarą, kai žemės paviršių pasiekia daug ultravioletinių spindulių, mūsų oda įdega. [Žr. intarpą "Odos įdegis"]. Daugiau melanino odoje apsaugo odos ląsteles nuo per stiprios ultravioletinės spinduliuotės. Organizmui tai naudinga. Lietuvoje nuolat gyvenančių vyrų kraujyje būna apie 4,5 mln. eritrocitų/mm3, o moterų – apie 4 mln./mm3. Kelis mėnesius pagyvenus kalnuose, 3–4 km aukštyje, kur deguonies parcialinis slėgis ore mažesnis, eritrocitų kraujyje padaugėja iki 6 mln./mm3. [Žr. "Kraujas"]. Padaugėjus eritrocitų padaugėja ir hemoglobino kiekis kraujyje, ir kraujas sugeba daugiau O2 paimti iš oro ir daugiau jo pernešti į audinius. Šiuose pavyzdžiuose matyti viena svarbi modifikacijų savybė - kuo stipresnis kenksmingas aplinkos poveikis, tuo ryškesnė modifikacija. Rankomis dirbant sunkų fizinį darbą, delnų ir pirštų epidermis storėja. Storesnis suragėjusio epitelio sluoksnis saugo odą nuo sužeidimų. Nuolatinis fizinis krūvis stiprina raumenis ir skeletą [žr. "Kaulinis audinys", "Raumenys"]. Prastai šeriami gyvuliai užauga mažesni, jų masė nepasiekia gerai šertųjų gentainių masės. Atrodytų, kuo naudinga ši modifikacija? Prastai šertieji užauga nors ir maži, tačiau vis tiek lytiškai subręsta ir turi palikuonių. intarpas Koreliacijos koeficientas Tiesinį ryšį tarp dviejų dydžių rodo koreliacijos koeficientas r. Kai kurios modifikacijos organizmui yra ne tik ne naudingos, bet ir žalingos. Tokios modifikacijos atsiranda kaip reakcija į "naujoviškus" aplinkos sąlygų pokyčius, su kuriais organizmo protėviai nesusidurdavo, todėl rūšis evoliucijos eigoje prie jų neprisitaikė. Arba žalingosios kodifikacijos susidaro tada, kai organizmas neturi galimybių kompensuoti žalingąjį poveikį. Nėščiai moteriai geriant alkoholinius gėrimus, alkoholis veikia besivystantį vaisių ir keičia jo vystymąsi. Keičiasi vaisiaus veido bruožai, silpnėja protiniai gabumai. [Žr. intarpą "Vaisiaus alkoholinis sindromas"]. Trūkstant vitaminų susergamam avitaminozėmis, kurių metu keičiasi organizmo gyvybinė veikla, audinių ir organų sandara. [Žr. intarpus su avitaminozėmis]. intarpas TAI MODIFIKACINIS AR ONTOGENEZINIS KINTAMUMAS? Vandenyje, kuriame vystosi ikreliai, ištirpinus ličio chlorido LiCl, žuvų lervutės išsirita su viena akimi kaktos viduryje. 1960 ir 1961 metais buvo pastebėta, kad Vakarų Vokietijoje ir Britų Sandraugos šalyse ėmė gimti kūdikiai sutrumpėjusiomis galūnėmis, kurios priminė ruonio plaukmenis. Toksai sandaros sutrikimas vadinamas fokomelija4. Tiriant pasirodė, kad tai nėra paveldėtas genotipo sutrikimas. Pradžioje buvo keliamos hipotezės, kad kalta pasikeitusi mityba ar atominių bombų bandymai. Vėliau pasirodė, kad kaltas raminamasis ir migdomasis vaista talidomidas. Šį vaistą rekomenduodavo nėščioms moterims, nes nėštumo metu daliai moterų padidėja irzlumas, sutrinka miegas. Tam tikrą nėštumo tarpsnį į vaisių patekęs talidomidas sutrikdė galūnių formavimąsi. Eksperimentai parodė, kad talidomidas panašiai veikia ir triušius, peles, beždžiones. Be abejonės, talidomidas buvo uždraustas. Nenormalūs sandaros bruožai vadinami išsigimimais. Šių dviejų išsigimimų metu genotipas nesikeičia, vadinasi tai ne mutacijos. Galbūt tai žalingos modifikacijos? Šios cheminės medžiagos įsikiša į jautrius organizmo formavimosi tarpsnius ir pakeičia ontogenezę. Todėl šie pokyčiai priskirtini kitam kintamumo tipui - ontogeneziniam kintamumui, kurio metu genotipas irgi nesikeičia. Tokius nepaveldimus išsigimimus sukeliantys veiksniai vadinami teratogenais. intarpas TERATOGENAI Teratogenais vadinami veiksniai, sukeliantys išsigimimus. Žinomiausi teratogenai yra ligų sukėlėjai, jonizuojančios spinduliuotės, cheminiai junginiai. Išsigimimus sukelia etanolas ir kiti alkoholiai, kokainas. Kai kurie vaistai (pvz., streptomicinas, tetraciklinas) nerekomenduotini nėščioms moterims, kadangi gali sukelti besivystančio vaisiaus išsigimimus. Biologiškai aktyvios vitamino A formos retinoinės rūgšties molekulės vaisiuje vartojamos kaip signalas, valdąs kai kurių organų formavimąsi. Jei į nėščios moters organizmą pateks šios medžiagos perteklius, jis gali pakenkti vaisiaus formavimuisi ir sukelti išsigimimą. Todėl retinoinė rūgštis – irgi teratogenas. intarpas VAISIAUS ALKOHOLINIS SINDROMAS Jau apie 30 metų žinoma, kad alkoholinių gėrimų etanolas yra teratogenas ir viena svarbiausių protinio atsilikimo priežasčių. Nėščiai moteriai geriant alkoholinius gėrimus nukenčia vaisius – sulėtėja jo augimas, neretai veidas įgauna būdingus bruožus, susidaro sąnarių ir širdies ydos. [Thompson.Genetics in medicine - 394(17-6): Kūdikio su vaisiaus alkoholiniu sindromu veidas] Kuo daugiau išgeria nėščioji, tuo labiau pakenkiama vaisiui. Alkoholis kenkia visą nėštumo laikotarpį, tačiau vaisiaus alkoholinis sindromas susidaro, jei nėščioji geria pirmus tris nėštumo mėnesius. Alkoholis lengvai prasiskverbia pro placentą į vaisiaus kraujotaką. Vaisiaus kepenys dar nesuformavusios ir negali nukenksminti alkoholio, todėl jis ilgai veikia vaisių - net tada, kai motinos organizme jo nebelieka. Alkoholis slopina vaisiaus nervų sistemą, todėl gimęs vaikas bus protiškai mažiau pajėgus arba net protiškai atsilikęs. Modifikacijų trukmė Daugelis modifikacijų yra laikinos - pvz., įdegis, eritrocitų pagausėjimas kraujyje, raumenų treniruotumas. Kai kurios jų yra netgi labai trumpalaikės. Įraudis sušilus ar susigėdus, suprakaitavimas, pulso ir kvėpavimo dažnio padidėjimas fizinio krūvio metu ar susijaudinus - taip pat modifikacijos, tik labai trumpalaikės, jos gali trukti keletą ar kelioliką sekundžių. Yra ir nuolatinių modifikacijų, kurios išlieka visą individo gyvenimą. Rachitu sirgusių vaikų [Žr. intarpą "Rachitas"] iškrypę kaulai išlieka visą gyvenimą. Prastai šertas buliukas neužaugs dideliu buliumi – mažas ūgis bus nuolatinė modifikacija. Suaugusį tokį bulių galima puikiausiai šerti, bet jis tik nusipenės, bet didesnis neužaugs. intarpas ŠERMUONINIAI TRIUŠIAI IR SIAMO KATĖS Įdomi laikina mutacija būdinga kai kurioms triušių veislėms, Siamo katėms, kai kurioms jūrų kiaulytėms. Šie gyvūnai paprastai turi juodus snukutį, ausis, kojų galus ir uodegą. Tokia kailio spalva susijusi su vienu fermentų, kurie gamina pigmentą melaniną. Panagrinėkime, kas lemia tokią šermuoninių triušių spalvą. Šis šermuoninių triušių fermentas yra jautrus temperatūrai. Jis normaliai veikia tik tada, kai temperatūra žemesnė, negu 37°C. Todėl kūno dalys, kuriose temperatūra yra žemesnė nei 37°C, pigmentas gaminasi ir užauga juodi plaukai. O vietose, kur temperatūra lygi 37°C ar didesnė, plaukai lieka balti. Skirtingų kūno dalių odos temperatūra yra nevienoda, nes nevienodai greitai aušta. Galima sudaryti "žemėlapį", rodantį, kokiai oro temperatūrai esant toje dalyje augs juodi plaukai. [Bendrosios biologijos priedas-59(7): Juodų plaukų išsidėstymo šermuoninio triušio kailyje schema: kai oro temperatūra bus žemesnė už pažymėtąją, toje vietoje išaugs juodi plaukai. Gal surasti fotografiją?] Triušio ausys apauga juodais plaukais, kai šeriantis oro temperatūra būna žemesnė nei 25–27°C, užpakalinės kojos pajuoduos, jei temperatūra bus

Daugiau informacijos...

★ Klientai rekomenduoja

Šį rašto darbą rekomenduoja mūsų klientai. Ką tai reiškia?

Mūsų svetainėje pateikiama dešimtys tūkstančių skirtingų rašto darbų, kuriuos įkėlė daugybė moksleivių ir studentų su skirtingais gabumais. Būtent šis rašto darbas yra patikrintas specialistų ir rekomenduojamas kitų klientų, kurie po atsisiuntimo įvertino šį mokslo darbą teigiamai. Todėl galite būti tikri, kad šis pasirinkimas geriausias!