Wpływ czynników zewnętrznych na materiał genetyczny

PLAN PRACY


Temat: Wpływ czynników zewnętrznych na materiał genetyczny


1) Wstęp
2) Wpływ mutagenów na materiał genetyczny
3) Wpływ środowiska życia na jego genotyp
4) Wnioski


1) Wstęp
Wiemy już z kursu biologii, że gen jest jednostką dziedziczności, i że stanowi on fragment łańcuchowego kwasu dezoksyrybonulkeinowego- DNA.
Geny występują parami w zygotach, a pojedynczo w gametach. Geny ulokowane są w chromosomach wyższych organizmów roślinnych i zwierzęcych. W chromosomach geny są rozmieszczone liniowo i każdy gen oraz wszystkie jego allele zajmują w chromosomach określone miejsce.
Geny wpływają na budowę cząsteczek białka, a przede wszystkim na budowę enzymów, które są katalizatorami wszystkich reakcji chemicznych zachodzących w żywych komórkach.
Przebieg reakcji chemicznych zależy od wielu czynników środowiska zewnętrznego, jak np. pokarmu, temperatury, wody, światła i wielu innych.
Geny wpływając na przemianę materii, czyli metabolizm, regulują pośrednio wszystkie procesy wzrostu i różnicowania się organizmów żywych, a więc decydują o wszelkich jego cechach.
Upraszczając rozumowanie, można powiedzieć, że geny kontrolują procesy metaboliczne poprzez enzymy, których syntezę umożliwiają.
Na wykształcenie się cech organizmu (jego fenotypu), oprócz genów wpływają także i czynniki środowiska, w którym organizm żyje i rozwija się.
Te czynniki środowiska wpływają na budowę organizmów i związane z nią wykonywane funkcje. Jak wiemy inne przystosowania mają organizmy do życia w wodzie, a inne na lądzie. Różnią się one m.in. kształtem ciała, budową skóry, budową narządów oddechowych i lokomocji, sposobem rozmnażania itp.
Każdy organizm żyjąc w jakimś środowisku, znajduje w nim warunki do życia i odpowiednio reaguje na nie. Sposób, w jaki organizm reaguje na czynniki środowiska warunkują jego geny, czyli genotyp.
Genotyp stwarza pewne granice zmienności osobniczej pod wpływem środowiska.
Można powiedzieć, że fenotyp organizmu jest efektem współdziałania genotypu i czynników środowiskowych.
W swojej pracy postaram się wykazać, jaki wpływ mają czynniki środowiska zewnętrznego (jak np. różne rodzaje promieniowania, rodzaj pokarmu, temperatura, światło i inne) na materiał genetyczny zawarty w łańcuchu polinukleotydowym DNA.
Najpierw opiszę wpływ czynników mutagennych na materiał genetyczny, a w dalszej kolejności wykażę jaki wpływ mają czynniki środowiska na genotyp.

2) Wpływ mutagenów na materiał genetyczny
Wiele jest czynników w środowisku, które mogą wywołać zmiany w materiale genetycznym. Zmiany te są nagłe, skokowe i określamy je mianem mutacji, a czynniki je wywołujące nazywamy mutagenami.
Mutagenami są m. in.: różne rodzaje promieniowania (alfa, beta, gamma, Roentgena, ultrafioletowe) oraz niektóre związki chemiczne, np. kolchicyna.
Mutacje zachodzące w komórkach rozrodczych nazywamy mutacjami generatywnymi, a mutacje zachodzące w pozostałych komórkach ciała, nazywamy mutacjami somatycznymi lub wegetatywnymi.
Mutacje genetyczne, w odróżnieni od mutacji somatycznych, są dziedziczne.
Wyróżniamy dwa rodzaje mutacji: genowe i chromosomowe.
Podczas mutacji pojedynczych genów następuje zmiana jednego allelu w drugi allel, np. genu dominującego A w gen recesywny a (A→a); następuje zmiana w kolejności występowania nukloetydów.
W czasie mutacji chromosomowych może wystąpić zmiana w budowie chromosomu lub liczebności chromosomów.
Zmiany w budowie (strukturze) chromosomów mogą polegać między innymi na tym, że chromosomy tracą niektóre odcinki; może nastąpić zdwojenie niektórych odcinków w chromosomach lub odwrócenie niektórych odcinków w obrębie chromosomu.
Mutacje genowe i chromosomowe prowadzą do zmiany fenotypu, wyglądu zewnętrznego organizmu.
Należy podkreślić, że mutacja jednego genu następuje niezależnie od drugiego, sąsiedniego genu umieszczonego w tym samym chromosomie. Jedne geny mutują często i noszą one nazwę genów niestałych, inne mutują rzadko i noszą wtedy nazwę genów stałych. Formy powstałe w wyniku mutacji genowych są w większości przypadków mniej żywotne niż formy wyjściowe. Mutacje są niekiedy odwracalne, tzn., że mutanty (formy powstałe w wyniku mutacji) mogą wrócić do form wyjściowych.
Mutacje mogą zachodzić samorzutnie w przyrodzie są to mutacje naturalne) i pod wpływem czynników mutagennych (są to mutacje sztuczne).
Wiele jest chorób dziedzicznych występujących u człowieka, które są uwarunkowane mutacjami genowymi lub chromosomowymi.
Przykładem choroby dziedzicznej spowodowanej w obrębie genu jest anemia sierpowata i fenyloketonuria.
Natomiast przykładem choroby związanej z mutacją chromosomową jest zespół Downa lub Turnera.
Samorzutne mutacje genów, jak i chromosomów występują w przyrodzie rzadko, natomiast czynniki mutagenne powodują wielokrotne zwiększenie się częstości występowania mutacji. Często te mutacje wywołane mutagenami wykorzystywane są w uprawie roślin i hodowli zwierząt.

3) Wpływ środowiska życia organizmu na jego genotyp
a) Rozwój danego organizmu zależny jest z jednej strony od odziedziczonej natury (genotypu) tego organizmu, z drugiej strony od warunków, w których żyje.
Jeżeli otoczenie zmienia się, to organizm może reagować w inny sposób na nowe warunki zewnętrzne niż reagował na dawne i wobec tego może przyjąć inną postać.
Czynniki środowiska zewnętrznego (pokarm, temperatura, światło, wilgotność, itp.) modyfikują (zmieniają) działanie genotypu tak, że fenotyp ulega pewnemu „odchyleniu”- zmienności modyfikacyjnej.
O tym, w jaki sposób organizm reaguje na różne bodźce środowiska, decyduje genotyp.
Genotyp może wykazywać dużą skalę zmienności w reagowaniu na bodźce zewnętrzne. Wielkość skali reakcji na bodźce zewnętrzne organizmu jest cechą dziedziczną.
Granice, w jakich genotyp może modyfikować fenotyp pod wpływem zmieniających się warunków środowiska, nazywa się plastycznością genotypu.
Plastyczność genotypu ma określone granice, których przekroczyć nie może.
Należy podkreślić, że genotyp stwarza pewne granice zmienności osobniczej pod wpływem środowiska.
Warunki zewnętrzne mogą mieć znaczny wpływ modyfikujący na cechy organizmu.




b) Przykłady zmienności modyfikacyjnej
v Mniszek lekarski (ryc. 1)
Jeżeli wykopiemy ostrożnie z ziemi okaz mniszka lekarskiego i przekroimy go wzdłuż na dwie połowy i każdą z nich posadzimy w odmiennych warunkach (jedną posadzimy na górskiej hali, a drugą na podmokłej, nizinnej łące), to z każdej połówki zostanie odtworzona cała roślina. Nowe rośliny, mimo, że posiadają ten sam genotyp, to będą różniły się między sobą wyglądem, w zależności od tego w jakich warunkach rosły.
Mniszek rosnący na podmokłej łące wytworzy gruby i długi, słabo rozgałęziony korzeń, posiadać będzie wysoko uniesione, długie liście i kwiaty na długiej łodyżce.
Druga połowa mniszka przystosuje się do warunków odmiennych: cienkiej warstwy gleby na skale, wiatrów, innego dostępu do wody. Korzeń tego mniszka będzie silnie rozgałęziony i krótszy, rozeta liści mniejsza i przylegająca do podłoża, łodyga kwiatowa krótka.
v Kosodrzewina
Kosodrzewina, gdy rośnie w górach, gdzie narażona jest na działanie surowego klimatu, ma formę krzewiastą, natomiast posadzona na niżu rośnie do góry, formując pień.
v Sosna
Sosny rosnące nad brzegiem morza, w zwarciu w lesie i samotnie w warunkach środkowej Polski mają inną postać.
Na pokrój sosny, która rośnie nad brzegiem morza, najsilniej oddziaływuje wiatr, a na sosny rosnące w zwarciu lasu, na skraju lasu i samotnie w polu, najsilniej oddziaływuje światło. Wiatr i światło są tymi czynnikami środowiska, które nadają sosnom charakterystyczny kształt, by mogły oprzeć się sile wiatru i mieć niezakłócony dostęp do światła słonecznego, niezbędnego do procesu fotosyntezy.
v Strzałka wodna
Liście strzałki wodnej mogą przyjmować trzy różne kształty, w zależności od tego gdzie rozwijają się ich zawiązki. Jeżeli pod wodą- powstają liście taśmowate, na wodzie- liście sercowate, zaś nad wodą liści strzałkowate.
Jeżeli strzałkę wodną przesadzimy do zwykłej doniczki, to wykształci ona tylko jeden rodzaj liści- strzałkowate.
v Króliki
Ciekawym przykładem zależności cech od temperatury jest zachowanie się ubarwienia królików himalajskich, zwanych też rosyjskimi. Króliki tej rasy mają białe futerko, z wyjątkiem nóg, ogona, uszu i części pyszczka, które są czarne.
Stwierdzono, że temperatura skóry królika nie jest równomierna na całym ciele, jest niższa na kończynach, ogonie, uszach, a więc na częściach, pokrytych czarnym włosem.
Takie rozmieszczenie barwnika uzależnione jest od jednego genu recesywnego. Króliki himalajskie są homozygotyczne w stosunku do tego genu.
Ten gen recesywny nie wywołuje barwnika czarnego bezpośrednio, lecz jedynie sprawia, że barwnik czarny wytwarza się we wszystkich partiach skóry, których temperatura jest niska. W partiach, w których temperatura jest wyższa ponad pewną granicę, barwnik czarny nie odkłada się i futerko pozostaje białe.
Rasa himalajska królików dziedziczy zdolność wytwarzania białych włosów przy wyższej temperaturze, a czarnych przy niższej. Przy obniżeniu temperatury otoczenia i co za tym idzie temperatury skóry całego ciała, wszystkie włosy na ciele królika, które wyrastają w tych warunkach są czarne.
Zabarwienia wywołanego zmianą temperatury nie dziedziczy się.
Tylko himalajska rasa królików dziedziczy określoną zdolność reagowania na wyższą lub niższą temperaturę środowiska. Ta rasa królików zmienia barwę sierści w zależności od ogrzania ciała.
Innym przykładem zmienności modyfikacyjnej jest barwa tłuszczu (biała lub żółta) u królików. Barwa tłuszczu zależy od czynnika środowiskowego- pokarmu. Króliki odżywiane roślinami zielonymi, zawierającymi barwniki żółte (ksantofile) mają tłuszcz żółty. Króliki nie mają zdolności wytwarzania tych barwników. Barwniki te przy trawieniu roślin przedostają się z przewodu pokarmowego i gromadzą się w tłuszczu, zabarwiając go na żółto.
Stwierdzono, że króliki o tłuszczu żółtym nie wytwarzają w przewodzie pokarmowym specjalnego enzymu, który rozkłada żółte barwniki.
Natomiast rasy królików o tłuszczu białym produkują ten enzym, który rozkłada w czasie trawienia pobrane z pokarmem ksantofile.
Króliki niezdolne do rozkładania żółtych barwników roślinnych, karmione paszą pozbawioną tych barwników (ziemniakami, otrębami), będą miały tłuszcz biały.

4) Wnioski:
a) Mutacje genowe i chromosomowe są podstawowym źródłem zmienności dziedzicznej
b) Organizm dzięki modyfikacji może przystosowywać się do środowiska życia. Modyfikacje można uważać za sposób reagowania organizmu na zmieniające się warunki środowiska. To, że organizm ulega modyfikacji, nie znaczy jednak, że zmienia się jego skład genetyczny. W następnych pokoleniach zdolność do reagowania na warunki otoczenia pozostaje ta sama.