В 2017 году в ЕГЭ по биологии появился довольно интересный вопрос. «Диплоидность — важнейший ароморфоз в органическом мире. Каково его значение в развитии органического мира?» Отвечаю с подробными комментариями.

1) Диплоидность представляет собой один из антимутационных механизмов: в диплоидной гетерозиготе рецессивные мутации не проявляются.

Комментарий к пункту 1. Известно, что в геноме видов постоянно появляется множество рецессивных мутаций. Еще С.С. Четвериков писал об этом. Однако большинство подобных мутаций вредны. Представляете, если бы они все проявлялись в фенотипе? Тогда многие животные, например, рождались бы уродливыми и нежизнеспособными. Некоторые сразу бы погибали на зародышевой стадии, либо жили недолго. Если же вредная рецессивная мутация «a» в условиях диплоидности сочетается с доминантной аллелью «А», последняя подавляет «а». В результате она не проявляется в фенотипе. А теперь представьте, если бы все организмы на Земле были гаплоидными. Любая мутация сразу проявлялась бы в фенотипе. Такое характерно для бактерий, некоторых гаплоидных растений. Безусловно, некоторые рецессивные мутации полезны и могут стать резервом наследственной изменчивости.

2) Диплоидность повышает генетический полиморфизм (многообразие) в популяции: дает возможность накапливаться рецессивным мутациям в популяции, но предотвращает их фенотипическое проявление (резерв наследственной изменчивости).  

Комментарий к пункту 2. Любая популяция накапливает мутации. Зачем? Для того, чтобы в будущем, при изменении условий среды, эти мутации могли проявиться в полезные признаки. При этом будет протекать случайный процесс. Среда меняется, например, на острове начались сильные ветры. Мутация «короткие крылья» имелась у многих насекомых, но не проявлялась. Она была у большинства в диплоидном, рецессивном и гетерозиготном состоянии. И таких скрытых мутаций популяция может накопить множество. Диплоидность как бы не дает им проявиться в фенотипе. Но в любом случае рано или поздно, согласно второму закону Менделя, это может произойти при скрещивании двух гетерозигот. Появится рецессивная гомозигота.

В условиях сильного ветра мутация короткокрылости оказалась полезной (ветер не уносит насекомых в море), и, проявившись в фенотипе, была сохранена естественным отбором. Таким образом, она распространилась в популяции, обеспечив приспособленность. Таким образом, при диплоидности накапливаются полезные мутации в генотипе. Если бы все организмы были гаплоидными, любые мутации не копились бы и сразу проявлялись. Например, короткокрылость сразу могла проявиться в фенотипе, даже если ветры не усилились. Возможно, естественный отбор сразу уничтожит таких особей, так как они могли стать легкой добычей для хищников. А при диплоидности и гетерозиготности рецессивная мутация скрыта, и у многих особей она может незаметно сохраняться в генотипе, а также передаваться.

Возможно, эта мутация станет очень важна и ее надо будет надежно передать последующим поколениям. Актуальным организмам она может быть вовсе не нужна в этих конкретных условиях среды. Диплоидность дает возможность копить «потенциал» мутаций. Сохранение и распространение мутации обеспечивается естественным отбором. Но только в том случае, если среда «требует» признак, за который отвечает мутация.

3) Диплоидность обеспечила формирование мейоза, который вносит вклад в поддержание набора хромосом в поколениях, является источником комбинативной изменчивости.

Комментарий к пункту 3. Обратите внимание, клетки, вступающие в мейоз, всегда диплоидны. Природа «придумала» мейоз для того, чтобы в поколениях не было постоянного увеличения набора хромосом. Мейоз предусмотрительно уменьшает набор хромосом в два раза, добавляя генетических перекомбинаций в половые клетки и споры родительских организмов. Оплодотворение после мейоза также увеличивает генетическое многообразие, восстанавливая набор хромосом до диплоидного. Митоз зиготы в будущем поддерживает плоидность постоянной.

Кстати, об этих трех процессах (мейоз, оплодотворение, митоз) уже был вопрос в ЕГЭ по биологии как о факторах поддержания постоянства набора хромосом. Если бы не было диплоидности, вряд ли мейоз появился. Правда, в условиях тетраплоидности и другой, кратной двум плоидности, мейоз бы существовал. Для него имеет значение возможность разделения генетического материала надвое. Скорее всего, если бы все организмы были гаплоидными, то мог существовать только митоз.

4) Диплоидные потомки имеют многообразные фенотипы, так как появляются после оплодотворения — слияния половых клеток различных по фенотипу родителей.

Процесс перехода от гаплоидности к диплоидности после оплодотворения является известной в биологии причиной комбинативной изменчивости организмов. Потомок с двойным набором хромосом получает первую половину генов от одного родителя, вторую – от другого. Родители могли крайне серьезно отличаться как по генотипу, так и по фенотипу. Например, один родитель имеет ярко-голубые глаза, другой – высокий рост. У них образуются гаплоидные половые клетки. Есть шансы, что в каждую из них попадут соответствующие гены. В итоге образуется диплоидная зигота, из которой в теле матери, вероятно, будет развиваться ребенок с голубыми глазами и высоким ростом.

Сегодня на Земле преобладают диплоидные организмы. Они многообразны и потому очень приспособлены к изменяющимся условиям среды. Гаплоидных существ также немало. К ним относятся бактерии, отдельные грибы. У растений гаплоидные стадии (гаплоибионты) могут преобладать в жизненных циклах. Такое характерно для многих водорослей и мхов. У них диплоидная стадия (диплобионт) крайне слабо выражена. Эволюция растений шла в направлении увеличения диплоидности и уменьшения гаплоидности. У папоротникообразных взрослое растение стало диплоидны, гаплоидны споры и заросток.

У голосеменных растений большая часть органов диплоидна, а гаплобионт разделился на мужской и женский. Мужской предстал в виде спор, женский является гаплоидным эндоспермом внутри семязачатка. Разделение гаплобионта встречается и у некоторых водорослей, мхов, папоротникообразных. Кстати, гаплоидные стадии у растений мы обычно называем гаметофитами, диплоидные – спорофитами. У цветковых в цикле также преобладает диплобионт (спорофит). Гаплобионт у них разделен на две части: мужской является пыльцой (микроспорой), женский – триплоидным зародышевым мешком семязачатка.

Источник: EgeVideo.ru

Вы никогда не задумывались о том, почему родившийся и подросший ребенок похож на своих родителей внешностью и привычками? «Генетика такая», — наверное, скажете вы. И многие знают, что у родителей и детей похожая ДНК. Вот ее и содержат хромосомы. «А это еще что такое?» — недоуменно воскликнут девять человек из десяти,  столкнувшихся с данным понятием. Существует несколько их схем расположения. Сегодня мы рассмотрим гаплоидный и диплоидный набор хромосом. Но давайте сначала разберемся, что это такое.

Определение понятия

Хромосома является нуклеопротеидной структурой, одной из составляющих ядра эукариотической клетки. Она хранит, реализует и передает наследственную информацию. Хромосомы можно различить с помощью микроскопа только в то время, когда происходит митотическое или мейотическое деление клетки. Кариотип, как называется совокупность всех хромосом клетки — видоспецифичный признак с относительно низким уровнем индивидуальной изменчивости. Эти содержащие ДНК структуры у эукариотических организмов имеются в митохондриях, ядре и пластидах. У прокариотических — в клетках без ядра. А хромосомами вирусов является ДНК- или РНК-молекула, находящаяся в капсиде.

История понятия

По наиболее распространенной версии, хромосомы были открыты в 1882 году немецким анатомом Вальтером Флемингом. Хотя «открыл» — это громко сказано, им лишь была собрана и упорядочена вся информация о них. В 1888 году немецкий гистолог Генрих Вальдейер впервые предложил называть новые структуры хромосомами. Трудно ответить, когда и кем были сделаны первые их описания и рисунки. Через пару лет после того, как были открыты законы Менделя, предположили, что хромосомы играют важную генетическую роль. Хромосомная теория была подтверждена в 1915 году людьми, основавшими классическую генетику. Ими стали Г. Мёллер, К. Бриджес, А. Стёртевант и Т. Морган. Последним в 1933-м была получена Нобелевская премия в области физиологии и медицины за то, что он обосновал роль хромосом в наследственности.

Плоидность

Общее количество одинаковых хромосом указывает на их плоидность. Существует гаплоидный, полиплоидный и диплоидный набор хромосом. Сейчас мы поговорим о первом и третьем.

Гаплоидный набор хромосом

Начнем с гаплоидного. Он представляет собой скопление совершенно разных хромосом, т.е. в организме-гаплоиде есть несколько этих нуклеопротеидных структур, непохожих друг на друга (фото). Гаплоидный набор хромосом характерен для растений, водорослей и грибов.

Диплоидный набор хромосом

Этот набор является таким собранием хромосом, при котором у каждой из них есть двойник, т.е. эти нуклепротеидные структуры расположены попарно (фото). Диплоидный набор хромосом характерен для всех животных, в том числе и человека. Кстати, о последнем. У здорового человека их 46, т.е. 23 пары. Однако его пол определяют всего две, называемые половыми, — Х и Y. Их расположение определяется еще в утробе матери. Если схема таких хромосом ХХ — родится девочка, если же они расположены в виде XY — родится мальчик. Однако могут наблюдаться и нарушения плоидности, ведущие к негативным изменениям в физическом и психическом состоянии организма, такие, как:

• синдром Дауна — лишняя, 47-я, хромосома в 21-й паре;
• синдром Кляйнфельтера — лишняя половая Х-хромосома, образующая схему XXY (встречается у мальчиков);
• синдром Шерешевского-Тёрнера — отсутствие одной из половых хромосом, в результате которого схема их расположения Х0 (икс-ноль).

Эти болезни носят генетический характер и являются неизлечимыми. Дети и взрослые с одним из таких или многих похожих хромосомных синдромов ведут неполноценный образ жизни, а некоторые и вовсе не доживают до зрелого возраста.

Заключение

Видите, до чего важны хромосомы для всех организмов. У различных видов животных и растений разное количество и число наборов этих нуклеопротеидных структур.

Источник: www.syl.ru

Виды плоидности и терминология

• Гаплоидные клетки — содержат одинарный набор непарных хромосом (половые клетки, прокариоты).
• Диплоидные клетки — содержат парное количество хромосом. Большая часть организмов, размножающихся половым путём, диплоидны, т. е. содержат в соматических клетках тела по одному набору хромосом от каждой из гамет (гаплоидных половых клеток).


• Полиплоидные клетки — содержат более чем две пары хромосом (до двенадцати пар). В зависимости от того, сколько раз в ядре клетки повторяется гаплоидный набор, их соответственно называют три-, тетра-, гексаплоидными и т. д. Полиплоидия возникает вследствие нарушения хода митоза или мейоза (значительно реже) под воздействием мутагенов: при разрушении веретена деления удвоившиеся хромосомы не расходятся, а остаются внутри неразделившейся клетки (так возникают гаметы с двукратным числом хромосом — 2n). При слиянии такой гаметы с нормальной (n) потомок будет иметь тройной набор хромосом и т.д. Полиплоидия имеет две разновидности:
  • Автополиплоидия — результат кратного увеличения гаплоидного набора хромосом одного вида.
  • Аллополиплоидия — результат объединения наборов хромосом разных видов после образования межвидовых гибридов.
• Анеуплоидные клетки — непропорциональное (не кратное гаплоидному) удвоение или утрата отдельных хромосом. В зависимости от того, произошло уменьшение или увеличение хромосом, используют соответственно приставки гипо- и гипер-. Например, гипердиплоиды — трисомики (2n +1) и тетрасомики (2n + 2), гиподиплоиды — моносомики (2n — 1) и нуллисомики (2n — 2). Анеуплоидия как правило появляется из-за влияния мутагенов.

Иногда термин «плоидность» применяют не только к эукариотам, но и в отношении безядерных прокариотов, которые как правило гаплоидны, однако иногда встречаются диплоидные и полиплоидные бактерии.

Полиплоидию не следует путать с увеличением количества ядер в клетке и увеличением числа молекул ДНК (политенизацией) в хромососоме.

Гаплоидная и диплоидная фазы в жизненном цикле

У раздельнополых организмов в жизненном цикле происходит как правило нормальное чередование гаплоидной и диплоидной фаз. При мейозе образуются гаплоидные клетки в результате разделения диплоидной (у некоторых растений и грибов затем может происходить размножение путём митоза с образованием гаплоидного многоклеточного тела или нескольких поколений гаплоидных клеток-потомков). В результате полового процесса хромосомы двух гаплоидных клеток объединяются в одной диплоидной (зиготе), после чего могут размножаться при помощи митоза (у растений и животных) с образованием диплоидного многоклеточного тела или диплоидных клеток-потомков.

Полиплоидия у растений

Термин полиплоидия был предложен в 1916 году немецким ученым Винклером, изучавшим образцы аномальных (химерных) тканей у паслена.

Естественная полиплоидность в природе распространена достаточно широко. До 75% арктический флоры – полиплоиды, так же велик процент полиплоидов в пустынных и высокогорных регионах, где выживают растения, устойчивые к экстремальным условиям обитания.

Человеком полиплоидия используется издавна. Сначала просто размножали самые крупные экземпляры, дающие много зерна или же хорошие плоды.
развитием генетики выяснилось, что такие гиганты – отобранные природные полиплоиды. В настоящее время на основе искусственной автополиплоидии синтезированы высокоурожайные формы и сорта пшеницы, ржи, гречихи, кукурузы, картофеля, хлопчатника, сахарной свеклы, сахарного тростника и других культурных растений. Растения-полиплоиды как правило характеризуются более крупными размерами, повышенным содержанием ряда веществ, устойчивостью к неблагоприятным факторам внешней среды, отличными от исходных форм сроками цветения и плодоношения. Искусственная полиплоидия вызывается ядами, разрушающими веретено деления, такими как алкалоид колхицин.

Аллополиплоидия (межвидовое скрещивание) обычно возникает от удвоения хромосом гибрида двух видов, что приводит к его плодовитости (амфиплоидия). Пример природной аллополиплоидии – алыча, гибрид терна и дикой сливы, полученный тысячелетия назад в результате естественной гибридизации. Искусственный гибрид получен в 1928 году русским цитогенетиком Карпеченко, который скрестил редьку с капустой. Полученый «амфидиплоид» получил научное название Paphanobrassica. У этого растения листья были как у редьки, а корни напоминали капустные. Хотя экономической ценностью полученный гибрид не обладает, зато позиционируется эволюционистами в качестве доказательства реальности биологической эволюции. В этом случае стоит отметить, что Paphanobrassica имела признаки обеих видов-прародителей, но не обладало принципиально новыми признаками, которые бы указывали на возможность прогрессивных макроэволюционных изменений.

Полиплоидия у животных

В животном мире полиплоиды встречаются среди нематод, аскарид, пиявок, земноводных. У многих млекопитающих полиплоидные клетки встречаются в отдельных органах (печень, и др.), но пример полной полиплоидии известен лишь один – южноамериканский грызун Tympanoctomys barrerae (вид, родственный морским свинкам и шиншиллам).

Нарушения плоидности у человека

У человека большая часть клеток диплоидны. Гаплоидны только зрелые половые клетки (гаметы). Другие варианты плоидности — несут лишь отрицательное воздействие.

Примеры анеуплоидии у человека: синдром Дауна (21-я хромосома представлена тремя копиями), синдром Кляйнфельтера — избыточная X хромосома (XXY), синдром Тернера — отсутствие одной из половых хромосом (X0). Описаны также примеры утроения X хромосомы и некоторые другие аномалии.

Примерами полиплоидии являются абортивные триплоидные зародыши и триплоидные новорождённые (срок их жизни при этом не превышает нескольких дней), а также диплоидно-триплоидные мозаики.

Полиплодия в теории креационизма

Казалось бы, примеры с удачными гибридами неоспоримо доказывают, что увеличение числа хромосом — путь к эволюционному прогрессу. Однако наблюдение полиплоидии в природе приводит к интересным, а иногда — и к противоположным выводам. В частности Кент Ховант в своих лекциях (1999 г.) любил приводить факты о количестве хромосом в соматических клетках разных организмов. Если бы количество хромосом имело смысл в эволюции, тогда по правилу элементарной логики, чем больше хромосом, тем дальше живое существо взобралось по древу эволюции. Но это не так.

Царство растений	число хромосом	Животные и человек	число хромосом
Помидор	12	Домашняя муха	12
Горох	14	Опоссум	22
Капуста	18	Лягушка	26
Морковь	20	Летучая мышь	44
Бобы	22	Человек	46
Секвойя	22	Шимпанзе	48
Лук	32	Амёба	50
Соя	40	Собака	78
Табак	48	Курица	78
Папоротник	480	Карп	100

Таким образом полиплоидия ещё ждёт своего научного осмысления.

Источник: www.creationwiki.org