Закон гомологических рядов в наследственной изменчивости

Деятельность Н. И. Вавилова

Селекционеры постоянно работают над созданием улучшенных сортов растений, увеличением их урожайности, устойчивости к вредным факторам окружающей среды. Применяемые ими методы в своей основе имеют такие естественные процессы, как наследственность, изменчивость, законы генетики. Это дает возможность получить индивидуумы с предполагаемыми свойствами, желаемыми характеристиками.

История генетики неразрывно связана с именем русского и советского ученого Н. Вавилова. Кроме генетики, он обладал академическими знаниями по химии, географии, ботанике. Имел звания Академика АН Советского Союза, президента и вице-президента ВАСХНИЛ, члена экспедиционной комиссии и Наркомзема СССР.

Николай Иванович неоднократно организовывал экспедиции ботанико-агрономического характера, был одним из основателей учения о центрах происхождения растений в мире. Его перу принадлежит учение, объясняющее иммунитет растений, а также позиции понятия биологического вида.

Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут

Вавилов руководил созданием мировой коллекции семян, постоянно занимался испытаниями растительных культур.

Примечание

В результате организованных и проведенных 180 научно-исследовательских экспедиций, Вавиловым была создана богатейшая коллекция растений, которая к 1940 году содержала около 250 тыс. элементов. Образцы коллекции постоянно применялись для селекционных работ, по сути, она являлась ценнейшим банком генов.

Рассуждения об иммунитете у растительного мира сводились у ученого к генетической теории. По его мнению, устойчивыми по отношению к паразитам растения становились в результате эволюции, находясь в центрах своего происхождения. Срок «получения полезных навыков» растягивался на тысячелетия. За это время растения получали особые гены, обеспечивающие устойчивость к возбудителям болезней. Однако патогены приобретали способность так же превращаться в новые расы. В результате таких обоюдных процессов каждый сорт, например, пшеницы становился восприимчивым к новым расам и устойчивым к старым.

С позиции Вавилова, иммунитет растений бывает двух видов:

1. Структурный (или механический) исходит из морфологических характеристик вида, его защитных свойств.
2. Химический формируется химическими характеристиками культуры.

Занимался Николай Иванович и развитием теории Дарвина о происхождении видов. Его заинтересовало направление о существовании географических центров, как условие происхождения новых видов. Когда в 1883 году А.Декандоль официально высказал свое мнение о существовании определенных географических областей, в которых произошли главные растения, Вавилов в 1926-1939 годах развил эту проблему. Он определил семь главных географических зон (центров), в которых важнейшие культурные растения сформировались как вид.

Примечание

В последующие времена уточнения в теорию вносили многие ученые. Однако тот постулат, что появились они в горных районах тропического, субтропического и умеренного географических поясов, остался без изменений.

На III Всероссийском съезде селекционеров (1920 год) Н.И. Вавилов изложил позиции закона гомологических рядов, который был им открыт в ходе изучения параллелизма в наследственной изменчивости. С учетом его действия предугадывались новые формы растений. Позднее они обнаруживались в природе.

Биология — Гомологические ряды в наследственной изменчивости

понятие, введенное Н. И. Вавиловым при исследовании параллелизмов в явлениях наследственной изменчивости по аналогии с гомологическими рядами органических соединений.

Закон гомологичных рядов: Генетически близкие виды и роды характеризуются сходными рядами наследственной изменчивости с такой правильностью, что, зная ряд форм в пределах одного вида, можно предвидеть нахождение параллельных форм у других видов и родов.

Закономерности в полиморфизме у растений, установленные путем детального изучения изменчивости различных родов и семейств, можно условно до некоторой степени сравнить с гомологическими рядами органической химии, например с углеводородами.

Суть явления состоит в том, что при изучении наследственной изменчивости у близких групп растений были обнаружены сходные аллельные формы, которые повторялись у разных видов. Наличие такой повторяемости давало возможность предсказывать наличие ещё не обнаруженных аллелей, важных с точки зрения селекционной работы. Поиск растений с такими аллелями проводился в экспедициях в предполагаемые центры происхождения культурных растений. Следует помнить, что в те годы искусственная индукция мутагенеза химическими веществами или воздействием ионизирующих излучений ещё не была известна, и поиск необходимых аллелей приходилось производить в природных популяциях.

Н. И. Вавилов рассматривал сформулированный им закон как вклад в популярные в то время представления о закономерном характере изменчивости, лежащей в основе эволюционного процесса. Он полагал, что закономерно повторяющиеся в разных группах наследственные вариации лежат в основе эволюционных параллелизмов и явления мимикрии.

В 70-80-х годах XX века к закону гомологических рядов обратился в своих трудах Медников Б. М., написавший ряд работ, в которых показал, что именно такое объяснение возникновения сходных, часто до мелочей, признаков в родственных таксонах вполне состоятельно.

Родственные таксоны часто имеют родственные генетические последовательности, слабо различающиеся в принципе, а некоторые мутации возникают с большей вероятностью и проявляются в целом сходно у представителей разных, но родственных, таксонов. Как пример приводятся двувариантная фенотипически ярко выраженная мутация строения черепа и организма в целом: акромегалия и акромикрия, за которые отвечает в конечном счете мутация, изменяющая баланс, своевременное «включение» или «выключение» в ходе онтогенеза гормонов соматотропина и гонадотропина.

Значение закона гомологических рядов наследственности

Понять роль гомологических рядов в наследовании определенных свойств — значит грамотно использовать теоретические наработки на практике. Зная особенности эволюционных механизмов у близкородственных растений, можно планировать селекционные виды организмов. Появление новых пород животных, у которых заранее определен набор признаков, становится также возможным.

Наука о наследственности дает в руки людям формулу для выведения новых видов, родов и семейств, обладающих теми свойствами, которые встречались у родственных систематических группировок. Благодаря этому, у растениеводов появится возможность развить у растений устойчивость к определенным факторам окружающей среды, повысить их урожайность, развить иммунитет к болезням и устойчивость к паразитам.

С реальностью такого подхода основными направлениями селекции становятся:

• плодовитость и продуктивность пород животных;
• улучшение показателей, характеризующих качество продукции: вкус, химический состав, внешний вид и т.д.);
• доведение физиологических свойств до оптимальных в определенных условиях произрастания или обитания;
• создание стрессоустойчивых пород (особенно актуально для крупных фабрик и ферм);
• разведение рыбных пород в искусственно созданных водоемах;
• создание пушного звероводства.

Владея определенными знаниями, основываясь на законе гомологических рядов наследственности, можно установить место (центр) происхождения видов по родственным культурам, которые имеют сходные признаки и, вероятно, появились на одной географической территории.

Величайшей заслугой Н.И.Вавилова является открытый им факт самостоятельности систематики. Он значительно шагнул на пути изучения эволюционных закономерностей, продолжив в определенной степени учение Дарвина и внеся свою лепту в наследственную изменчивость.

Формулировка и суть закона гомологических рядов наследственной изменчивости

Н.И. Вавилов пришел к необходимости дать определение «гомологических рядов» во время своей работы над параллелизмами в теории наследственности. Скрупулезно изучая характер изменчивости семейств растений, он убедился, что в определенной степени она перекликается с гомологическими рядами химических веществ органической природы. В качестве примера можно привести углеводороды. 

Закон Н.И. Вавилова гласит: «Изменчивость родов и видов растений, являющихся близкими по происхождению, имеет общие характеристики, происходит параллельными путями».

Смысл закона в следующем: близкие группы растений в процессе своей эволюции приобретают похожие аллельные формы. Они могут быть предсказаны и проявиться у различных видов

Это важно для организации селекционных работ. Узкоаллельными формами являются колоски, имеющие ость и не имеющие, антоцианово окрашенные соломины злаков или нет

Предсказав существование аллельных форм, Вавилов организовывал неоднократные экспедиции в те зоны, где предполагал нахождение центров происхождения этих растений.

Примечание

Во времена его исследовательских работ еще не существовало искусственно воспроизведенных факторов, способных повлиять на изменение генетических свойств, например, электромагнитных и ионизирующих излучений. Поэтому все этапы работы проводились в натуральных условиях и требовали много времени.

Сформулированный в собственной интерпретации закон Вавилов увязывал с теорией Л.С. Берга. В ней говорилось о закономерностях в изменчивости, которые обеспечивают процессы эволюции. По мнению ученого, те элементы наследственных изменений, которые повторяются у различных видов, составляют фундамент проявления параллелизмов и проявления мимикрии.

Примечание

В 70-80-е годы прошлого века подтвердил справедливость закона гомологических рядов ученый-энциклопедист Медников Б.М

Он работал в направлении геносистематики, уделяя внимание проблемам теории эволюции. Его «система аксиом биологии» во многом перекликалась с законом гомологических рядов, особенно в разделах эволюции генома и молекулярных особенностях образования видов

Закон Вавилова не исключал проявления общей изменчивости у отдаленных и практически не связанных на генетическом уровне видов и семейств. При этом результат изменчивости может быть не полностью идентичным. В них допускается отсутствие некоторых звеньев, которые «ушли» в ходе естественного отбора. И, несмотря на это обстоятельство, по мнению Вавилова, обнаружить сходство в изменчивости у близких семейств реально.

Первоначально в своих выводах ученый опирался на изменчивость фенотипа, прослеженную им у родственных растений. Позднее он перенес свои выводы на генотип, поскольку обнаружил у них много общих генов.

Сформулированный закон имел большую практическую базу. Ученый-генетик и его единомышленники изучили много тысяч сортов, работая в этом направлении на протяжении 1913-1920 годов.

Генетическая основа закона гомологических рядов наследственности

В качестве генетической основы закона Вавилова выступает факт, что родственные семейства растений, прибывая в аналогичных условиях, реагируют на внешнюю среду идентично. Эта же особенность характерна для биохимических процессов у сравниваемых видов.

Характер исторической схожести организмов находится в прямой зависимости от количества у них общих генов.

Поскольку набор генов у организмов, находящихся в близком родстве, аналогичен, то видоизменения каждого из них, происходящие при мутации, бывают подобными. Фенотипически это проявляется идентичной изменчивостью у таких организмов.