Өзгергіштік заңдылықтары

Тұқым қуалайтын өзгергіштіктің ұқсас қатарлары жануарларда да кездеседі. Мысалы, альбиностар (түстің ақ болуы) қояндарда, теңіз шошқасында және т.б. кеміргіштердің барлығында да кездеседі. Әр түрлі микроорганизмдерден де тұқым қуалайтын ұқсас биохимиялық өзгерістер байқалған.

Бұрынғы өткен тақырыптарда сендер тұқым қуалаушылық пен өзгергіштіктің заңдылықтарымен таныстыңдар. Енді олардың органикалық дүниенің эволюциялық даму процесінде қандай рөл атқаратынын қарастырамыз.

Систематиктердің есебі бойынша, қазіргі кезде жануарлардың 2 миллиондай, ал өсімдіктердің 500 мыңдай түрі белгілі. Осыншама алуан түрлердің пайда болуы және сақталуы тұқым қуалаушылық пен өзгергіштіктің заңдылықтарына байланысты екені сөзсіз. Организмнің өзін қоршаған сыртқы ортаға бейімделуі барысында табиғи жолмен сұрыпталу арқылы жаңа түрлердің пайда болатындығы туралы тұңғыш рет ағылшын ғалымы Ч.Дарвин түсінік берді. Ол эволюцияның қозғаушы күші болып табылатын үш факторды, атап айтқанда, тұқым қуалаушылықты, өзгергіштікті және сұрыптауды анықтады.

Түрдің пайда болуы барысында жоғарыда аталған эволюциялық фактордың тигізетін әсерлерін түсіну үшін, сол түрлердің шығуына және дамып-қалыптасуына негіз болып есептелетін популяцияның генетикалық заңдылықтарын білу қажет.

Популяцияның генетикалық құрылымын ең алғаш статистикалық және генетикалық әдістерді  қолдана отырып дат генетигі В.Иоганнсен зерттеді. Оның 1903 жылы “Популяциядағы және таза линиялардағы тұқым қуалау” деген еңбегі жарық көрді. Бұл ілімді орыс генетигі С.С.Четвериков әрі қарай жалғастырып, дамытты.

Иоганнсен популяцияның генетикалық құрылымын зерттеу үшін объект ретінде өздігінен тозаңданатын асбұршақты алды, сөйтіп, оның тұқымдарының салмағын өлшеп, ірілерін бір бөлек, ұсақтарын бір бөлек іріктеді. Сонда олардың салмағы 550—750 және 150—370 мг болып шыққан. Содан соң ол тұқымдарды бөлек-бөлек еккен. Олардан өсіп шыққан өсімдіктердің тұқымдарын жинап алып, қайта өлшегенде ауыр салмақты (ірі) тұқымдардан өсіп шыққан өсімдіктердің дәндері орта есеппен 618,7 мг, ал жеңілдерінікі (ұсақ) 343,4 мг болған. Сонда, бұл тәжірибенің нәтижесі асбұршақтың сорт популяциясы генетикалық құрылымы жағынан әртекті дарақтардан тұратындығын және оның әрқайсысы таза линиялардың бастамасы бола алатындығын көрсетеді.

Сонымен, жоғарыда көрсетілгендей өздігінен тозаңданатын өсімдіктер популяциясының генотиптері және солар арқылы анықталатын белгілері көбінесе гомозиготалы (АА немесе аа) жағдайда болады. Сондықтан, олар таза линияларға жіктеле алады.

Ал жануарлар мен айқас тозаңданатын өсімдіктер популяциясының генотиптері еркін будандасу негізінде қалыптасады. Осыған байланысты олар көпшілігінде гетерогенді (Аа) болып келеді. Мұндай популяцияның генетикалық құрылымын зерттеудің бір жолы — жекелеген гендер бойынша гомозиготалы және гетерезиготолы дарақтардың таралу сипатын анықтау.

Мысалы, популяциядағы бір геннің екі түрлі өлшемі бойынша гомозиготалы АА және аа дарақтары сан жағынан бірдей дейік. Олардан А және а гендері бар аталық және аналық гаметалар тең мөлшерде түзіледі. Осындай гендері бар дарақтар будандасқанда мынадай нәтиже шығады:

Сонда F1-де доминантты гомозиготаның пайда болу жиілігі 0,25-ке, гетерозиготалардікі — 0,5-ке, рецессивті гомозиготалардікі — 0,25-ке тең. Ал келесі буында гамета түзілгенде қайтадан доминантты (А) аллелі бар гаметаның мөлшері 0,5-ке тең болады. Себебі 0,25-і гетерозиготадан (Аа) келеді, сол сияқты рецессивті (а) аллельді гаметаның мөлшері де 0,5-ке тең. Өйткені онда да 0,25 гетерозиготадан беріледі. Сөйтіп, бұл мысалдан еркін будандасу жағдайында әр буын сайын доминантты және рецессивті гендері бар гаметалардың мөлшері бір деңгейде, яғни 0,5 А және 0,5 а болатынын көреміз.

Бірақ кейде популяциядағы гомозиготалар санының тең болмайтындығы байқалады. Мысалы, қарабидайдың бір популяциясындағы сабағының түгі бар өсімдіктер, түгі жоқ өсімдіктерге қарағанда төрт есе көп болып келеді (4АА:1аа). Бұл жағдайда гаметалардың ара қатынасы 0,5 А:0,5 а емес, 0,8 А:0,2 а болады. Будандастыру нәтижесінде олардан мынандай үйлесім түзіледі:

Нәтижесінде әр жүз өсімдіктің орта есеппен 96-сы түкті (64 гомозигота, 32 гетерозигота), тек төртеуі ғана түксіз болып шығады.

Бұл жағдайда келесі буындарда да “А” аллелі бар гаметалардың мөлшері 0,8 (0,64 гомозигота АА-дан, 0,16 гетерозигота Аа-дан), ал “а” аллелі бар гаметаның мөлшері 0,2 (0,04 гомозигота аа-дан, 0,16 гетерозигота Аа-дан келеді) болады.

Бұл алынғандарды жинақтағанда Харди—Вайнберг формуласы шығады:

Р2АА + 2РqАа + q2аа.

Енді осы келтірілген формуланы қолдануға тоқталайық. Мысалы, ірі қараның бір популяциясындағы мүйізділері 25% немесе 0,25, ал мүйізсіздер 75% немесе 0,75. Мүйізсіз белгіні доминантты А — гені, мүйізді белгіні рецессивті а — гені анықтайды. Гепотип аа-ның мөлшері бұл жағдайда 0,25 болғандықтан, жеке а аллелінің мөлшерін формулаға сәйкес былай табамыз:

Доминантты аллель А-ның мөлшері де осы формулаға сәйкес анықталады. p + q = 1-ге тең болғанда, Р = 1—q  болады. Сонда Р немесе А = 1 — а = 1 — 0,05 = 0,95. Осыдан келіп, популяциядағы доминантты гомозиготан, яғни генотип АА-ның мөлшері АА = p2 = 0,952 = 0,9025 шығады.

Енді рецессивті және доминантты генотиптердің мөлшеріне қарай гетерозиготалардың мөлшерін анықтауға болады. Формула бойынша ол:

Аа = 2pq = 2 ˙ 0,95 ˙ 0,05 = 0,095.

Сөйтіп, Харди—Вайнбергтің заңын пайдалана отырып белгілі бір фенотиптің мөлшерін есепке алудың негізінде популяциядағы генотиптің таралу сипаты анықталады.

Бұл заңдылықтың практикалық маңызы зор. Мысалы, адам популяциясындағы кейбір тұқым қуалайтын аурулардың таралу сипатын анықтауға болады. Алайда бұл формуланы қолданудың да белгілі бір шегі бар. Олар мыналар: ең алдымен гендердің кездейсоқ үйлесімі болу үшін популяциялардың мөлшерінің көп болуы, жаңа мутациялардың пайда болмауы; өзгеше генотиптері бар, бөтен көршілес популяцияның дарақтары келіп қосылмауы керек.

Өсімдіктер мен жануарлардың табиғи популяцияларына жүргізілген генетикалық зерттеулер олардың фенотип жағынан біркелкі болғанымен, түрлі рецессивті мутацияларға бай келетінін көрсетті. Ондай мутациялар генотиптері гетерозиготалы болып тұрғанда фенотип тұрғысынан ешқандай да білінбейді. Тек будандасу кезінде екі рецессивті аллель кезігіп, рецессивті гомозигота болғанда ғана білінеді. Мұндай жағдайда мутация тікелей табиғи сұрыптаудың бақылауына өтеді. Сөйтіп, академик И.И.Шмальгаузеннің сөзімен айтатын болсақ, әрбір түр мен популяция өзінде “тұқым қуалайтын өзгергіштіктің қорын” жинақтаған күрделі гетерозиготалы жүйе болып есептеледі. Ол популяцияның тіршілік жағдайы өзгергенде ғана табиғи сұрыптау арқылы жүзеге асырылады. Әр популяцияның өзіне тән гендік қоры болады. Гендік қор (генофонд) дегеніміз — популяцияның, түрдің немесе систематикалық топтың гендерінің жиынтығы. Әр популяцияның өзінің табиғи сұрыптаудың бағытына сәйкес өзгеру мүмкіндігі болады.

Қозғаушы сұрыптаумен қатар, табиғатта тұрақтандырушы сұрыптау да кеңінен таралған. Біршама тұрақты орта жағдайларында тіршілік ететін түрлерде болатын өзгерістер жағымсыз болуы мүмкін. Мұндай жағдайда аз өзгерістерді тудыратын мутациялар сақталып, керісінше көп өзгеріс тудыратын мутациялар жойылып отырады.

Тұрақтандырушы сұрыптауда, мысалы, жәндіктер арқылы тозаңданатын өсімдіктер гүлінің бір шағын бөлігі ғана өзгереді. Бұл сол жәндіктің мөлшеріне ғана шақ келеді, ал олай болмаған жағдайда тозаңдануға жағымсыз әсер еткен болар еді.

Мезозой дәуірінде пайда болған саусақ  қанатты балықтарға жататын латимерия осы күнге дейін өзгеріссіз тіршілік етіп келеді.

Сол сияқты Қазақстанда кең тараған ақбөкен Кайнозой дәуірінен бері қарай орта жағдайларының түрлі өзгерістеріне қарамастан сақталып келеді. Бұларды тұрақтандырушы сұрыптаудың нәтижесі деп білеміз.

Қозғаушы сұрыптау мен тұрақтандырушы сұрыптау бір-бірімен тығыз байланысты. Қозғаушы сұрыптау қоршаған ортаның ауыспалы жағдайында түрлердің өзгеруіне ықпал етеді. Ал тұрақтандырушы сұрыптау біршама тұрақты орта жағдайларында тиімді өзгерістерді сақтап, тұрақтандырып отырады.

Сонымен, популяциядағы генетикалық тұрғыдан талдау жасау микроэволюция мен түр пайда болуының негізгі факторы — табиғи сұрыптаудың механизмдерін түсінуге мүмкіндік береді.

Қорытынды:

Модификациялық өзгергіштіктің өзі белгілі бір реакция нормасымен шектеледі, яғни организмнің әрбір белгі-қасиетінің өзгеруінің белгілі бір шамасы болады.