Bagian: Biologi

Tujuan Pelajaran

1. Mengenal siswa tentang bentuk-bentuk variabilitas herediter, penyebab dan pengaruhnya terhadap tubuh. Mengembangkan kemampuan anak sekolah untuk mengklasifikasikan bentuk-bentuk variabilitas dan membandingkannya satu sama lain; berikan contoh yang menggambarkan manifestasi masing-masing;
2. Mengembangkan pengetahuan tentang jenis-jenis mutasi;
3. Merumuskan hukum deret homologi dan menjelaskan maknanya;
4. Yakinkan siswa sekolah menengah bahwa proses mutasi sangat penting bagi evolusi dunia organik dan pekerjaan pemuliaan manusia.

Demonstrasi

• Diagram berbagai jenis mutasi kromosom.
• Skema poliploidisasi.
• Deret homolog dalam variabilitas herediter.

Ketentuan Variabilitas genotipe, mutasi, mutasi gen, mutasi genom, mutasi kromosom:

• inversi;
• penghapusan;
• duplikasi;
• translokasi.

Tugas untuk siswa:

1. Merumuskan hukum deret homologi dan memberikan contohnya.
2. Berkenalan dengan biografi N.I. Vavilov dan mengetahui penemuan ilmiah utamanya.
3. Buatlah tabel “Bentuk variabilitas”

Pekerjaan depan

1. Apa yang dipelajari genetika?
2. Apa arti istilah hereditas - variabilitas?
3. Bentuk variabilitas apa yang Anda ketahui?
4. Apa yang dimaksud dengan norma reaksi?
5. Apa pola variabilitas modifikasi?
6. Bagaimana perubahan kondisi mempengaruhi karakteristik kuantitatif dan kualitatif? Berikan contoh
7. Apa yang dimaksud dengan norma reaksi? Mengapa keragaman ciri-ciri kualitatif sedikit bergantung pada pengaruh kondisi lingkungan?
8. Apa signifikansi praktis dalam pertanian dari norma-norma reaksi hewan dan tumbuhan?

Pekerjaan individu di komputer - pekerjaan tes

Isi diagramnya:

Siswa bekerja pada komputer dengan aplikasi 1. (Selama pelajaran, tugas 1-5 selesai).

1. Mempelajari materi baru

Konsep variabilitas herediter meliputi variabilitas genotipe dan sitoplasma. Yang pertama dibagi menjadi mutasi, kombinatif, dan korelatif. Variabilitas kombinatif terjadi selama pindah silang, divergensi kromosom independen pada meiosis, dan fusi gamet secara acak selama reproduksi seksual. Variabilitas mutasi meliputi mutasi genom, kromosom dan gen. Istilah mutasi diperkenalkan ke dalam ilmu pengetahuan oleh G. de Vries. Biografi dan pencapaian ilmiah utamanya terdapat di bagian ini. Mutasi genom berhubungan dengan munculnya poliploid dan aneuploid. Mutasi kromosom ditentukan oleh perubahan antarkromosom - translokasi atau penataan ulang intrakromosom: penghapusan, duplikasi, inversi. Mutasi gen dijelaskan oleh perubahan urutan nukleotida: peningkatan atau penurunan jumlahnya (penghapusan, duplikasi), penyisipan nukleotida baru, atau rotasi suatu bagian dalam gen (inversi). Variabilitas sitoplasma dikaitkan dengan DNA, yang ditemukan di plastida dan mitokondria sel. Variabilitas herediter dari spesies dan genera terkait mematuhi hukum deret homologi Vavilov.

Memodifikasi variabilitas mencerminkan perubahan fenotipe tanpa mempengaruhi genotipe. Kebalikannya adalah bentuk lain dari variabilitas - genotipe, atau mutasi (menurut Darwin - herediter, tidak terbatas, individu), mengubah genotipe. Mutasi adalah perubahan herediter permanen pada materi genetik.

Perubahan individu dalam genotipe disebut mutasi.

Konsep mutasi diperkenalkan ke dalam sains oleh orang Belanda de Vries. Mutasi adalah perubahan keturunan yang menyebabkan bertambahnya atau berkurangnya jumlah materi genetik, perubahan nukleotida atau urutannya.

Klasifikasi mutasi

• Mutasi berdasarkan sifat manifestasinya: Dominan, resesif.
• Mutasi menurut tempat terjadinya: somatik, generatif.
• Mutasi menurut sifat kemunculannya: spontan, diinduksi.
• Mutasi menurut nilai adaptif: menguntungkan, merugikan, netral.

(Mematikan, semi-mematikan.) Sebagian besar mutasi yang terjadi bersifat resesif dan merugikan organisme, bahkan dapat menyebabkan kematiannya. Ketika dikombinasikan dengan gen dominan alelik, mutasi resesif tidak muncul secara fenotip. Mutasi terjadi pada sel germinal dan sel somatik. Jika mutasi terjadi pada sel germinal, disebut generatif dan muncul pada generasi yang berkembang dari sel germinal. Perubahan yang terjadi pada sel vegetatif disebut Mutasi semacam itu menyebabkan perubahan karakter hanya pada sebagian organisme yang berkembang dari sel-sel yang diubah. Pada hewan, mutasi somatik tidak diturunkan ke generasi berikutnya, karena organisme baru tidak muncul dari sel somatik. Hal yang berbeda terjadi pada tumbuhan: pada sel hibrid organisme tumbuhan, replikasi dan mitosis dapat terjadi pada inti yang berbeda dengan cara yang sedikit berbeda. Selama serangkaian generasi sel, kromosom individu hilang dan kariotipe tertentu dipilih yang dapat bertahan selama beberapa generasi.

Ada beberapa jenis mutasi berdasarkan tingkat kejadiannya:

1. Mutasi genom - perubahan ploidi, mis. nomor kromosom (penyimpangan kromosom numerik), yang terutama umum terjadi pada tumbuhan;
2. Mutasi kromosom - perubahan struktur kromosom (penyimpangan kromosom struktural);
3. Mutasi gen adalah perubahan pada gen individu;

Mutasi genom

Poliploidi adalah peningkatan berganda dalam jumlah kromosom.
Aneuploidi adalah hilangnya atau munculnya kromosom ekstra akibat kelainan pada meiosis.

Mereka muncul karena perubahan jumlah atau struktur kromosom. Perubahan ploidi diamati ketika segregasi kromosom terganggu.

Penyakit kromosom

• Mutasi generatif
• XXY; XYU - Sindrom Klinefelter.
• XO - sindrom Shershevsky-Turner.

Mutasi autosomal

• Sindrom Patau (kromosom 13).
• Sindrom Edwards (kromosom 18).
• Sindrom Down (pada kromosom 21).

Sindrom Klinefelter.

XXY dan XXXY – Sindrom Klinefelter. Frekuensi kemunculan 1:400 – 1:500. Kariotipe – 47, XXY, 48, XXXY, dst. Fenotipe pria. Tipe tubuh wanita, ginekomastia. Tinggi, lengan dan kaki relatif panjang. Rambut yang kurang berkembang. Kecerdasan berkurang.

Sindrom Shershevsky-Turner

X0 – Sindrom Shereshevsky-Turner (monosomi X). Frekuensi kemunculannya adalah 1:2000 – 1:3000. Kariotipe 45,X. Fenotipnya adalah perempuan. Tanda-tanda somatik: tinggi badan 135 – 145 cm, lipatan kulit berbentuk sayap di leher (dari belakang kepala hingga bahu), telinga rendah, keterbelakangan ciri-ciri seksual primer dan sekunder. Pada 25% kasus terdapat kelainan jantung dan kelainan ginjal. Kecerdasan jarang terpengaruh.

Sindrom Patau - Trisomi 13 (sindrom Patau) ditemukan pada bayi baru lahir dengan frekuensi sekitar 1:5000 - 1:7000 dan berhubungan dengan berbagai malformasi. SP ditandai dengan beberapa kelainan bawaan pada otak dan wajah. Ini adalah sekelompok kelainan awal pada pembentukan otak, bola mata, tulang otak, dan bagian wajah tengkorak. Lingkar tengkorak biasanya mengecil. Dahinya miring, rendah; fisura palpebra sempit, pangkal hidung cekung, telinga rendah dan berubah bentuk. Tanda khas SP adalah bibir sumbing dan langit-langit mulut.

Down syndrome adalah penyakit yang disebabkan oleh kelainan pada set kromosom (perubahan jumlah atau struktur autosom), yang manifestasi utamanya adalah keterbelakangan mental, penampilan pasien yang aneh, dan kelainan bawaan. Salah satu penyakit kromosom yang paling umum terjadi dengan frekuensi rata-rata 1 dari 700 bayi baru lahir. Lipatan melintang sering ditemukan pada telapak tangan

Mutasi kromosom

Ada beberapa jenis mutasi kromosom yang berhubungan dengan perubahan struktur kromosom:

• penghapusan - hilangnya sebagian kromosom;
• duplikasi - penggandaan bagian kromosom;
• inversi - rotasi bagian kromosom sebesar 180 derajat;
• translokasi - pemindahan bagian kromosom ke kromosom lain.
• transposisi - pergerakan dalam satu kromosom.

Penghapusan dan duplikasi mengubah jumlah materi genetik. Mereka muncul secara fenotip tergantung pada seberapa besar wilayah kromosom yang bersangkutan dan apakah mereka mengandung gen penting. Duplikasi dapat memunculkan gen baru. Selama inversi dan translokasi, jumlah materi genetik tidak berubah, tetapi lokasinya berubah. Mutasi semacam itu juga memainkan peran penting, karena sulit untuk menyilangkan mutan dengan bentuk aslinya, dan hibrida F1 mereka seringkali steril.

Penghapusan. Pada manusia, akibat penghapusan:

• Sindrom Wolf - suatu wilayah hilang pada kromosom besar 4 -
• Sindrom "Cry of the cat" - dengan penghapusan kromosom 5. Penyebab: mutasi kromosom; hilangnya fragmen kromosom pada pasangan ke-5.
  Manifestasi: perkembangan laring yang tidak normal, tangisan seperti kucing pada anak usia dini, keterbelakangan perkembangan fisik dan mental

Inversi

• Ini adalah perubahan struktur kromosom yang disebabkan oleh rotasi 180° pada salah satu bagian dalamnya.
• Kromosom serupa penataan ulang adalah konsekuensi dari dua pemutusan simultan dalam satu kromosom.

Translokasi

• Selama translokasi, bagian kromosom non-homolog dipertukarkan, tetapi jumlah gen tidak berubah.

Mengganti pangkalan

1. fenilketonuria. Manifestasi: gangguan pemecahan fenilalanin; Ini bertanggung jawab atas demensia yang disebabkan oleh hiperfenilalaninemia. Dengan diet yang ditentukan dan diikuti tepat waktu (nutrisi, penipisan fenilalanin) dan penggunaan obat-obatan tertentu, manifestasi klinis penyakit ini praktis tidak ada.
2. anemia sel sabit.
3. Sindrom Morphan.

Genetik(titik) mutasi berhubungan dengan perubahan urutan nukleotida. Gen normal (karakteristik tipe liar) dan gen mutan yang muncul darinya disebut alel.

Ketika mutasi gen terjadi, perubahan struktural berikut terjadi:

Mutasi gen

Misalnya, anemia sel sabit adalah hasil substitusi basa tunggal pada rantai b globin darah (adenin digantikan oleh timin). Selama penghapusan dan duplikasi, urutan kembar tiga digeser dan muncul mutan dengan “pergeseran bingkai”, yaitu. pergeseran batas antar kodon - semua asam amino berikutnya berubah dari tempat mutasi.

Struktur primer hemoglobin pada orang sehat (1) dan pasien dengan anemia sel sabit (2).

1. - val-gis-ley-tre – pro-kekenyangan. k-ta- glu-liz
2. - val-gis-ley-tre – valin- glu-liz

Mutasi pada gen beta-hemoglobin

Sindrom Morfan

Pelepasan adrenalin yang tinggi, karakteristik penyakit ini, berkontribusi tidak hanya pada perkembangan komplikasi kardiovaskular, tetapi juga pada munculnya ketabahan dan bakat mental khusus pada beberapa individu. Pilihan pengobatan tidak diketahui. Diyakini bahwa Paganini, Andersen, Chukovsky memilikinya

Hemofilia

Mutagen adalah faktor penyebab mutasi: biologis, kimia, fisik.

Tingkat mutasi dapat ditingkatkan secara eksperimental. Dalam kondisi alami, mutasi terjadi ketika suhu berubah secara tiba-tiba, di bawah pengaruh radiasi ultraviolet, dan karena alasan lainnya. Namun, dalam banyak kasus, penyebab sebenarnya dari mutasi masih belum diketahui. Saat ini, metode telah dikembangkan untuk meningkatkan jumlah mutasi dengan cara buatan. Untuk pertama kalinya, peningkatan tajam dalam jumlah perubahan herediter yang terjadi terjadi di bawah pengaruh sinar-X.

• Faktor fisik (berbagai jenis radiasi pengion, radiasi ultraviolet, sinar-X)
• Faktor kimia (insektisida, herbisida, timbal, obat-obatan, alkohol, beberapa obat dan zat lainnya)
• Faktor biologis (virus cacar, cacar air, gondongan, influenza, campak, hepatitis, dll)

Egenetika.

Eugenika adalah ilmu untuk meningkatkan kualitas umat manusia.

Eugenika yang diterjemahkan dari bahasa Yunani berarti kelahiran yang terbaik. Ilmu kontroversial ini mencari cara untuk meningkatkan kualitas keturunan seseorang dengan menggunakan prinsip genetik. Selalu sulit untuk tetap menjadi ilmu murni: perkembangannya diikuti oleh politik, yang membuahkan hasil dengan caranya sendiri.

Di Sparta kuno, pemilihan orang dilakukan secara lebih radikal, menghancurkan bayi-bayi yang tidak memiliki kualitas fisik yang diperlukan untuk seorang pejuang masa depan. Bapak eugenika yang mendasarinya secara ilmiah adalah Francis Galton pada tahun 1869. Setelah menganalisis silsilah ratusan orang berbakat, dia sampai pada kesimpulan: kemampuan jenius diwariskan.

Saat ini, eugenika bertujuan untuk memberantas penyakit keturunan dari umat manusia. Setiap spesies biologis akan berada di ambang kehancuran jika keberadaannya bertentangan dengan alam. Hampir setengah dari setiap seribu bayi baru lahir dilahirkan dengan beberapa jenis kelainan keturunan. Di seluruh dunia, 2 juta anak seperti ini lahir setiap tahunnya. Diantaranya ada 150 ribu penderita Down Syndrome. Setiap orang telah lama mengetahui bahwa mencegah kelahiran anak lebih mudah daripada melawan penyakit. Namun peluang seperti itu baru muncul di zaman kita. Diagnostik prenatal dan konseling genetik membantu memecahkan masalah kelayakan persalinan.

Kemungkinan modern dari konseling genetik medis memungkinkan untuk menentukan risiko penyakit keturunan selama perencanaan kehamilan.

Nikolay Ivanovich Vavilov

Nikolai Ivanovich Vavilov (1887–1943) - Ahli botani Rusia, ahli genetika, pemulia tanaman, ahli geografi. Merumuskan hukum deret homologis variabilitas herediter. Menciptakan doktrin pusat asal usul tanaman budidaya.

Ilmuwan Rusia N.I. Vavilov menetapkan pola penting, yang dikenal sebagai hukum deret homologis dalam variabilitas herediter: spesies dan genera yang dekat secara genetik (terhubung satu sama lain berdasarkan kesatuan asal) dicirikan oleh deret serupa dalam variabilitas herediter. Berdasarkan hukum ini, temuan perubahan serupa pada spesies dan genera terkait dapat diprediksi. Dia menyusun tabel deret homologi dalam keluarga

sereal Pola ini juga terlihat pada hewan: misalnya, pada hewan pengerat terdapat rangkaian warna bulu yang homolog.

Hukum deret homologis

Mempelajari variabilitas herediter tanaman budidaya dan nenek moyangnya N.I. Vavilov merumuskan hukum deret homologis: “Spesies dan genera yang dekat secara genetis dicirikan oleh rangkaian variabilitas herediter yang serupa dengan keteraturan sedemikian rupa sehingga dengan mengetahui rangkaian bentuk dalam satu spesies, seseorang dapat memprediksi keberadaan bentuk paralel pada spesies dan genera lain. .”

Dengan menggunakan contoh famili sereal, Vavilov menunjukkan bahwa mutasi serupa ditemukan pada sejumlah spesies famili ini. Jadi, warna hitam pada biji terdapat pada gandum hitam, gandum, barley, jagung dan lain-lain, kecuali oat, rumput gandum, dan millet. Semua spesies yang diteliti memiliki bentuk butiran memanjang. Mutasi serupa juga terjadi pada hewan: albinisme dan kurangnya bulu pada mamalia, bulu pendek pada sapi, domba, anjing, dan burung. Alasan munculnya mutasi serupa adalah asal usul genotipe yang sama.

Dengan demikian, penemuan mutasi pada satu spesies memberikan dasar untuk mencari mutasi serupa pada spesies tumbuhan dan hewan terkait.

Hukum deret homologis

1. Bentuk mutan apa yang seharusnya muncul pada spesies yang berkerabat dekat?
2. Siapa penemu hukum deret homologi?
3. Apa isi undang-undang?

Pekerjaan rumah.

1. Paragraf 24
2. Temukan contoh mutasi di alam.

Di antara flora dunia, terdapat sejumlah besar (lebih dari 2500) spesies dari sekelompok tumbuhan yang dibudidayakan oleh manusia dan disebut kultural. Tanaman yang dibudidayakan dan agrophytocenosis yang dibentuknya menggantikan komunitas padang rumput dan hutan. Ini adalah hasil aktivitas pertanian manusia yang dimulai 7-10 ribu tahun lalu. Tanaman liar yang dibudidayakan pasti mencerminkan tahapan baru dalam kehidupan mereka. Cabang biogeografi yang mempelajari sebaran tanaman budidaya, adaptasinya terhadap kondisi iklim tanah di berbagai wilayah di dunia dan mencakup unsur ekonomi pertanian disebut geografi tanaman budidaya.

Menurut asal usulnya, tanaman budidaya dibagi menjadi tiga kelompok:

• kelompok termuda
• spesies gulma,
• kelompok paling kuno.

Kelompok termuda tanaman budidaya berasal dari jenis yang masih hidup di alam liar. Ini termasuk tanaman buah-buahan dan beri (apel, pir, prem, ceri), semua melon, dan beberapa tanaman umbi-umbian (bit, rutabaga, lobak, lobak).

Spesies gulma tanaman menjadi objek budidaya dimana tanaman utama menghasilkan hasil yang rendah karena kondisi alam yang kurang mendukung. Jadi, dengan kemajuan pertanian di utara, gandum hitam musim dingin menggantikan gandum; Camelina tanaman biji minyak, tersebar luas di Siberia Barat dan digunakan untuk memproduksi minyak sayur, merupakan gulma pada tanaman rami.

Untuk paling kuno tanaman budidaya tidak dapat ditanam pada saat budidaya dimulai, karena nenek moyangnya yang liar belum terpelihara. Ini termasuk sorgum, millet, kacang polong, buncis, buncis, dan lentil.

Kebutuhan akan sumber bahan untuk pemuliaan dan peningkatan varietas tanaman budidaya menyebabkan lahirnya doktrin pusat asal mereka. Ajaran tersebut didasarkan pada gagasan Charles Darwin tentang keberadaan pusat geografis asal usul spesies biologis. Wilayah geografis asal tanaman budidaya terpenting pertama kali dijelaskan pada tahun 1880 oleh ahli botani Swiss A. Decandolle. Menurut gagasannya, mereka mencakup wilayah yang cukup luas, termasuk seluruh benua. Penelitian paling penting ke arah ini, setengah abad kemudian, dilakukan oleh ahli genetika dan ahli geografi botani Rusia yang luar biasa N.I.

N.I. Vavilov mengusulkan yang baru, yang dia sebut dibedakan, cara penetapan asal usul asli tanaman budidaya, yaitu sebagai berikut. Koleksi tanaman bunga yang dikumpulkan dari seluruh tempat budidaya dipelajari dengan menggunakan metode morfologi, fisiologis dan genetik. Dengan demikian, wilayah konsentrasi keanekaragaman maksimum bentuk, ciri-ciri dan varietas suatu spesies tertentu ditentukan.

Doktrin deret homologis. Generalisasi teoritis penting dari penelitian N. I. Vavilov adalah doktrin deret homologi yang dikembangkannya. Menurut hukum rangkaian homologis variabilitas herediter yang dirumuskannya, tidak hanya spesies yang dekat secara genetik, tetapi genera tumbuhan juga membentuk rangkaian bentuk homologis, yaitu terdapat paralelisme tertentu dalam variabilitas genetik spesies dan genera. Spesies yang berkerabat dekat, karena kemiripan genotipenya (hampir kumpulan gen yang sama), memiliki variabilitas herediter yang serupa. Jika semua variasi karakter yang diketahui pada suatu spesies yang dipelajari dengan baik ditempatkan dalam urutan tertentu, maka hampir semua variasi variabilitas karakter yang sama dapat ditemukan pada spesies terkait lainnya. Misalnya, variabilitas tulang belakang telinga kira-kira sama pada gandum lunak, gandum durum, dan barley.

Interpretasi oleh N.I.Vavilov. Spesies dan genera yang dekat secara genetik dicirikan oleh rangkaian variabilitas herediter yang serupa, dengan keteraturan sedemikian rupa sehingga, dengan mengetahui rangkaian bentuk dalam satu spesies, seseorang dapat memprediksi keberadaan bentuk paralel pada spesies dan genera lain. Semakin erat hubungannya maka semakin lengkap pula kemiripan deret variabilitasnya.

Penafsiran hukum modern. Spesies, genera, famili yang berkerabat memiliki gen homolog dan ordo gen dalam kromosom, yang kemiripannya semakin lengkap, semakin dekat taksa yang dibandingkan, semakin dekat secara evolusioner. Homologi gen pada spesies berkerabat dimanifestasikan dalam kesamaan rangkaian variabilitas herediternya (1987).

Arti dari hukum.

1. Hukum rangkaian homologis variabilitas herediter memungkinkan untuk menemukan ciri-ciri dan varian yang diperlukan dalam keragaman bentuk yang hampir tak terbatas dari berbagai spesies baik tanaman budidaya maupun hewan peliharaan, serta kerabat liarnya.
2. Hal ini memungkinkan keberhasilan pencarian varietas baru tanaman budidaya dan ras hewan peliharaan dengan karakteristik tertentu yang diperlukan. Inilah arti praktis yang sangat besar dari undang-undang ini untuk produksi tanaman, peternakan, dan pemuliaan.
3. Perannya dalam geografi tanaman budidaya sebanding dengan peran Tabel Periodik Unsur D. I. Mendeleev dalam kimia. Dengan menerapkan hukum deret homologi, dimungkinkan untuk menetapkan pusat asal tumbuhan berdasarkan spesies berkerabat dengan ciri dan bentuk yang serupa, yang kemungkinan besar berkembang dalam lingkungan geografis dan ekologi yang sama.

Pusat geografis asal usul tanaman budidaya. Untuk munculnya pusat asal tanaman budidaya yang besar, N.I. Vavilov menilai, selain kekayaan spesies tumbuhan liar yang cocok untuk budidaya, keberadaan peradaban pertanian kuno. Ilmuwan sampai pada kesimpulan bahwa sebagian besar tanaman budidaya dihubungkan oleh 7 pusat geografis utama asal mereka:

1. tropis Asia Selatan,
2. Asia Timur,
3. Asia Barat Daya,
4. Mediterania,
5. Etiopia,
6. Amerika Tengah,
7. Andes.

Di luar pusat-pusat ini terdapat wilayah yang luas yang memerlukan studi lebih lanjut untuk mengidentifikasi pusat-pusat domestikasi baru dari perwakilan flora liar yang paling berharga. Pengikut N.I. Vavilov - A.I. Kuptsov dan A.M. Zhukovsky melanjutkan penelitian tentang pusat tanaman budidaya. Pada akhirnya, jumlah pusat dan wilayah yang dicakupnya meningkat secara signifikan, menjadi 12 buah

1. Sino-Jepang.
2. Indonesia-Indochina.
3. Australia.
4. Hindustan.
5. Asia Tengah.
6. Dekat Asia.
7. Mediterania.
8. Afrika.
9. Eropa-Siberia.
10. Amerika Tengah.
11. Amerika Selatan.
12. Amerika Utara

Deret homolog dalam variabilitas herediter- konsep diperkenalkan N.I.Vavilov ketika mempelajari paralelisme dalam fenomena variabilitas herediter dengan analogi dengan seri homolog senyawa organik.

Hukum deret homolog: Spesies dan genera yang dekat secara genetik dicirikan oleh rangkaian variabilitas herediter yang serupa dengan keteraturan sedemikian rupa sehingga, dengan mengetahui rangkaian bentuk dalam satu spesies, seseorang dapat memprediksi keberadaan bentuk paralel pada spesies dan genera lain.

Pola polimorfisme pada tumbuhan, yang ditetapkan melalui studi rinci tentang variabilitas berbagai genera dan famili, sampai batas tertentu dapat dibandingkan secara kondisional dengan rangkaian kimia organik yang homolog, misalnya, dengan hidrokarbon (CH 4, C 2 H 6, C 3 jam 8 ...).

Inti dari fenomena tersebut adalah ketika mempelajari variabilitas herediter pada kelompok tumbuhan yang dekat, serupa alel bentuk yang diulangi pada spesies berbeda (misalnya simpul jerami sereal Dengan antosianin dengan atau tanpa pewarna, telinga jagung Dengan tenda atau tanpa, dll). Kehadiran pengulangan seperti itu memungkinkan untuk memprediksi keberadaan alel penting dari sudut pandang yang belum terdeteksi. pembiakan bekerja. Pencarian tumbuhan dengan alel tersebut dilakukan dalam ekspedisi ke dugaan pusat asal tanaman budidaya. Perlu diingat bahwa pada tahun-tahun itu dilakukan induksi buatan mutagenesis bahan kimia atau paparan radiasi pengion belum diketahui, dan pencarian alel yang diperlukan harus dilakukan secara alami populasi.

N.I. Vavilov menganggap hukum yang dirumuskannya sebagai kontribusi terhadap gagasan populer saat itu tentang sifat alami variabilitas yang mendasari proses evolusi (misalnya teori nomogenesis L.S.Berg). Ia percaya bahwa variasi keturunan yang berulang secara alami dalam kelompok berbeda mendasari evolusi paralelisme dan fenomena peniruan.

Pada tahun 70-80an abad ke-20 ia beralih ke hukum deret homologis dalam karyanya Mednikov B.M., yang menulis sejumlah karyanya yang menunjukkan bahwa penjelasan tentang kemunculan karakter-karakter serupa, seringkali hingga ke detail terakhir, dalam taksa terkait ini cukup valid.

Taksa terkait sering kali memiliki urutan genetik terkait yang pada prinsipnya sedikit berbeda, dan beberapa mutasi terjadi dengan probabilitas lebih tinggi dan secara umum memanifestasikan dirinya dengan cara yang sama pada perwakilan taksa yang berbeda namun terkait. Sebagai contoh, diberikan mutasi dua varian yang diucapkan secara fenotip pada struktur tengkorak dan tubuh secara keseluruhan: akromegali Dan akromikria, yang pada akhirnya bertanggung jawab atas mutasi yang mengubah keseimbangan, “menghidupkan” atau “mematikan” tepat waktu selama proses entogenesis hormon. somatotropin Dan gonadotropin.

Doktrin asal usul tanaman budidaya

Doktrin pusat asal usul tanaman budidaya dibentuk atas dasar gagasan Charles Darwin (“The Origin of Species,” Bab 12, 1859) tentang keberadaan pusat geografis asal usul spesies biologis. Pada tahun 1883, A. Decandolle menerbitkan sebuah karya di mana ia menetapkan wilayah geografis asal mula tanaman budidaya utama. Namun, wilayah ini terbatas pada seluruh benua atau wilayah lain yang cukup luas. Dalam waktu setengah abad setelah diterbitkannya buku Decandolle, pengetahuan di bidang asal usul tanaman budidaya berkembang secara signifikan; Monograf diterbitkan tentang tanaman budidaya dari berbagai negara, serta tanaman individu. Masalah ini dikembangkan paling sistematis pada tahun 1926-39 oleh N. I. Vavilov. Berdasarkan materi tentang sumber daya tumbuhan dunia, ia mengidentifikasi 7 pusat geografis utama asal usul tanaman budidaya.

1. Pusat tropis Asia Selatan (sekitar 33% dari total spesies tanaman budidaya).

2. Pusat Asia Timur (20% tanaman budidaya).

3. Pusat Asia Barat Daya (4% tanaman budidaya).

4. Pusat Mediterania (sekitar 11% spesies tanaman budidaya).

5. Pusat Etiopia (sekitar 4% tanaman budidaya).

6. Pusat Amerika Tengah (sekitar 10%)

7. Pusat Andean (Amerika Selatan) (sekitar 8%)

Pusat asal tanaman budidaya: 1. Amerika Tengah, 2. Amerika Selatan, 3. Mediterania, 4. Asia Tengah, 5. Abyssinian, 6. Asia Tengah, 7. Hindustan, 7A. Asia Tenggara, 8. Asia Timur.

Banyak peneliti, termasuk P. M. Zhukovsky, E. N. Sinskaya, A. I. Kuptsov, melanjutkan karya Vavilov, membuat penyesuaian sendiri terhadap ide-ide ini. Dengan demikian, India tropis dan Indocina dengan Indonesia dianggap sebagai dua pusat independen, dan pusat Asia Barat Daya dibagi menjadi Asia Tengah dan Asia Barat; dasar dari pusat Asia Timur dianggap sebagai Cekungan Sungai Kuning, dan bukan Cekungan Sungai Kuning Yangtze, yang kemudian ditembus oleh orang Cina, sebagai masyarakat petani. Pusat pertanian kuno juga telah diidentifikasi di Sudan Barat dan New Guinea. Tanaman buah-buahan (termasuk buah beri dan kacang-kacangan), yang memiliki wilayah sebaran lebih luas, jauh melampaui pusat asal, lebih sesuai dengan gagasan De Candolle. Alasannya terletak pada asal usulnya yang sebagian besar berasal dari hutan (dan bukan di kaki bukit seperti tanaman sayur-sayuran dan ladang), serta kekhasan seleksi. Pusat-pusat baru telah diidentifikasi: Australia, Amerika Utara, Eropa-Siberia.

Beberapa tanaman telah diperkenalkan ke dalam budidaya di masa lalu di luar pusat-pusat utama ini, namun jumlah tanaman tersebut sedikit. Jika sebelumnya diyakini bahwa pusat utama budaya pertanian kuno adalah lembah yang luas Harimau, Efrat, Gangga, Nila dan sungai besar lainnya, Vavilov menunjukkan bahwa hampir semua tanaman budidaya muncul di daerah pegunungan di daerah tropis, subtropis, dan beriklim sedang. Pusat geografis utama dari pengenalan awal sebagian besar tanaman budidaya ke dalam budaya dikaitkan tidak hanya dengan kekayaan bunga, tetapi juga dengan peradaban kuno.

Telah ditetapkan bahwa kondisi di mana evolusi dan seleksi suatu tanaman berlangsung memberikan persyaratan pada kondisi pertumbuhannya. Pertama-tama, ini adalah kelembapan, panjang hari, suhu, dan lamanya musim tanam.

Studi tentang variabilitas herediter pada berbagai kelompok tanaman sistematis memungkinkan N.I hukum deret homologis.

Undang-undang ini menyatakan:

"1. Spesies dan genera yang dekat secara genetik dicirikan oleh rangkaian variabilitas herediter yang serupa dengan keteraturan sedemikian rupa sehingga, dengan mengetahui rangkaian bentuk dalam satu spesies, seseorang dapat memprediksi keberadaan bentuk paralel pada spesies dan genera lain. Semakin dekat genera dan linneon (spesies) secara genetik berada dalam sistem umum, semakin lengkap kesamaan rangkaian variabilitasnya.

2. Seluruh famili tumbuhan pada umumnya dicirikan oleh siklus variabilitas tertentu yang melewati semua genera dan spesies yang membentuk famili tersebut.”

N. I. Vavilov mengungkapkan hukumnya dengan rumus:

G 1 (a + b + c + … +),

G 2 (a + b + c + … +),

G 3 (a + b + c + … +),

dimana G 1, G 2, G 3 melambangkan spesies dan a, b, c... adalah berbagai sifat yang berbeda-beda, misalnya warna, bentuk batang, daun, biji, dan sebagainya.

Ilustrasi hukum tersebut dapat berupa tabel yang menunjukkan homologi variabilitas herediter untuk beberapa sifat dan sifat dalam keluarga serealia. Namun daftar tanda dan properti ini dapat diperluas secara signifikan.

Saat ini, kita berhak mengatakan bahwa mutasi serupa terjadi pada spesies berkerabat yang memiliki asal usul yang sama. Selain itu, bahkan di antara perwakilan kelas dan jenis hewan yang berbeda, kita menemukan paralelisme - rangkaian mutasi homolog dalam karakter dan sifat morfologi, fisiologis, dan khususnya biokimia. Jadi, misalnya, mutasi serupa terjadi pada kelas hewan vertebrata yang berbeda: albinisme dan tidak berbulu pada mamalia, albinisme dan tidak adanya bulu pada burung, tidak adanya sisik pada ikan, kaki berjari pendek pada sapi, domba, anjing, burung, dll. .

Rangkaian variabilitas mutasi karakteristik biokimia yang homolog tidak hanya ditemukan pada organisme tingkat tinggi, tetapi juga pada protozoa dan mikroorganisme. Data disajikan mengenai mutan biokimia yang dapat diartikan sebagai deret homolog. Tabel tersebut menunjukkan data mutan biokimia yang dapat diartikan sebagai deret homolog.

Seperti yang bisa kita lihat, akumulasi zat serupa (triptofan atau kynurenine), yang ditentukan oleh gen, terjadi pada kelompok hewan yang sangat berbeda: Diptera, Hymenoptera, dan kupu-kupu. Dalam hal ini, biosintesis pigmen dicapai dengan cara yang sama.

Berdasarkan hukum deret homologi, dapat diterima bahwa jika sejumlah mutasi spontan atau terinduksi ditemukan pada satu spesies hewan atau tumbuhan, maka rangkaian mutasi serupa dapat terjadi pada spesies lain dari genus tersebut. Hal yang sama berlaku untuk kategori sistematis yang lebih tinggi. Alasannya adalah asal usul genotipe yang sama.

Penjelasan yang paling mungkin tentang asal usul rangkaian variabilitas herediter homolog adalah sebagai berikut. Spesies terkait dalam satu genus, genera dalam ordo atau famili yang sama dapat muncul melalui seleksi berbagai mutasi menguntungkan dari gen-gen umum individu, pemilihan bentuk dengan berbagai penataan ulang kromosom yang menguntungkan. Dalam hal ini, spesies berkerabat yang menyimpang dalam evolusi karena pemilihan penataan ulang kromosom yang berbeda dapat membawa gen homolog, baik asli maupun mutan. Spesies juga dapat muncul melalui seleksi poliploid spontan yang mengandung set kromosom homogen. Divergensi spesies berdasarkan ketiga jenis variabilitas herediter ini menjamin kesamaan materi genetik dalam kelompok sistematis terkait. Namun pada kenyataannya, situasinya tentu saja lebih rumit dari yang kita bayangkan sekarang.

Mungkin studi biokimia kromosom, studi tentang strukturnya dan peran DNA sebagai bahan pembawa informasi herediter akan membuka tabir fenomena homologi dan analogi jalur perkembangan bentuk organik yang masih belum diketahui ini.

Jika asam nukleat dalam kompleks dengan protein merupakan substrat utama yang menyediakan program evolusi sistem kehidupan sejak tahap paling awal, maka hukum deret homologi memperoleh signifikansi universal sebagai hukum munculnya rangkaian mekanisme dan proses biologis serupa yang terjadi. di alam organik. Hal ini berlaku baik pada morfologi jaringan, sifat fungsionalnya, proses biokimia, mekanisme adaptasi, dll., dan pada mekanisme genetik semua organisme hidup. Sebuah analogi diamati untuk semua fenomena genetik utama:

• pembelahan sel,
• mekanisme mitosis,
• mekanisme reproduksi kromosom,
• mekanisme meiosis,
• pemupukan,
• mekanisme rekombinasi
• mutasi, dll.

Dalam proses evolusi, alam yang hidup seolah-olah diprogram menurut satu formula, terlepas dari waktu asal usul jenis organisme ini atau itu. Tentu saja, pertimbangan hipotetis seperti itu memerlukan konfirmasi berdasarkan sintesis banyak pengetahuan, namun jelas bahwa solusi terhadap masalah menarik ini merupakan hasil karya abad ini. Hal ini seharusnya memaksa para peneliti untuk tidak terlalu memperhatikan perbedaan-perbedaan tertentu yang menjadi ciri divergensi spesies, melainkan mencari ciri-ciri umum mereka, yang didasarkan pada mekanisme genetik yang serupa.

Jika Anda menemukan kesalahan, silakan sorot sepotong teks dan klik Ctrl+Masuk.

Hukum deret homologi Vavilov

Generalisasi teoritis penting dari penelitian N. I. Vavilov adalah doktrin deret homologi yang dikembangkannya. Menurut hukum rangkaian homologis variabilitas herediter yang dirumuskannya, tidak hanya spesies yang dekat secara genetik, tetapi genera tumbuhan juga membentuk rangkaian bentuk homologis, yaitu terdapat paralelisme tertentu dalam variabilitas genetik spesies dan genera. Spesies yang berkerabat dekat, karena kemiripan genotipenya (hampir kumpulan gen yang sama), memiliki variabilitas herediter yang serupa. Jika semua variasi karakter yang diketahui pada suatu spesies yang dipelajari dengan baik ditempatkan dalam urutan tertentu, maka hampir semua variasi variabilitas karakter yang sama dapat ditemukan pada spesies terkait lainnya. Misalnya, variabilitas tulang belakang telinga kira-kira sama pada gandum lunak, gandum durum, dan barley.

Interpretasi oleh N.I. Spesies dan genera yang dekat secara genetik dicirikan oleh rangkaian variabilitas herediter yang serupa, dengan keteraturan sedemikian rupa sehingga, dengan mengetahui rangkaian bentuk dalam satu spesies, seseorang dapat memprediksi keberadaan bentuk paralel pada spesies dan genera lain. Semakin erat hubungannya maka semakin lengkap pula kemiripan deret variabilitasnya.

Penafsiran hukum modern

Spesies, genera, famili yang berkerabat memiliki gen homolog dan ordo gen dalam kromosom, yang kemiripannya semakin lengkap, semakin dekat taksa yang dibandingkan, semakin dekat secara evolusioner. Homologi gen pada spesies berkerabat dimanifestasikan dalam kesamaan rangkaian variabilitas herediternya (1987).

Arti hukum

1. Hukum rangkaian homologis variabilitas herediter memungkinkan untuk menemukan ciri-ciri dan varian yang diperlukan dalam keragaman bentuk yang hampir tak terbatas dari berbagai spesies baik tanaman budidaya maupun hewan peliharaan, serta kerabat liarnya.

2. Hal ini memungkinkan keberhasilan pencarian varietas baru tanaman budidaya dan ras hewan peliharaan dengan karakteristik tertentu yang diperlukan. Inilah arti praktis yang sangat besar dari undang-undang ini untuk produksi tanaman, peternakan, dan pemuliaan.

3. Perannya dalam geografi tanaman budidaya sebanding dengan peran Tabel Periodik Unsur D. I. Mendeleev dalam kimia. Dengan menerapkan hukum deret homologi, dimungkinkan untuk menetapkan pusat asal tumbuhan berdasarkan spesies berkerabat dengan ciri dan bentuk yang serupa, yang kemungkinan besar berkembang dalam lingkungan geografis dan ekologi yang sama.

Tiket 4

Pewarisan ciri-ciri selama divergensi kromosom seks (nondisjungsi primer dan sekunder kromosom X pada Drosophila)

Seperti disebutkan sebelumnya, Drosophila betina bermata putih disilangkan dengan Drosophila jantan bermata merah F1 semua anak perempuan bermata merah, dan semua anak laki-laki yang menerima satu-satunya X-kromosom dari ibu, mata putih. Namun, kadang-kadang dalam persilangan seperti itu muncul seekor jantan bermata merah dan betina bermata putih, yang disebut lalat luar biasa dengan frekuensi 0,1-0,001%. Bridges berpendapat bahwa kemunculan “individu luar biasa” tersebut dijelaskan oleh fakta bahwa pada ibu mereka, selama meiosis, kedua kromosom X berakhir di satu sel telur, yaitu. terjadi non-divergensi X-kromosom. Masing-masing sel telur ini dapat dibuahi baik oleh sperma atau X-kromosom, atau Y-kromosom. Hasilnya dapat terbentuk 4 jenis zigot: 1) dengan tiga X-kromosom – XXX; 2) dengan dua ibu X-kromosom dan Y-kromosom XXY; 3) dengan satu pihak ayah X-kromosom; 4) tanpa X-kromosom, tetapi dengan Y-kromosom.

XXY adalah wanita subur normal. XO- jantan, tapi mandul. Hal ini menunjukkan bahwa pada Drosophila Y-kromosom tidak mengandung gen penentu jenis kelamin. Saat menyeberang XXY betina dengan jantan normal bermata merah ( XY) Jembatan ditemukan pada keturunan 4% betina bermata putih dan 4% jantan bermata merah. Keturunannya sisanya terdiri dari betina bermata merah dan jantan bermata putih. Penulis menjelaskan kemunculan individu-individu luar biasa tersebut dengan nondivergensi sekunder X-kromosom pada meiosis, karena betina diambil secara persilangan ( XXY), muncul sebagai akibat dari nondisjungsi kromosom primer. Nondisjungsi kromosom sekunder pada wanita selama meiosis diamati 100 kali lebih sering daripada nondisjungsi primer.

Pada sejumlah organisme lain, termasuk manusia, nondisjungsi kromosom seks juga diketahui. Dari 4 jenis keturunan yang dihasilkan dari nondivergensi X-kromosom pada wanita, individu yang tidak memilikinya X-kromosom mati selama perkembangan embrio. Zigot XXX berkembang pada wanita yang lebih mungkin mengalami cacat mental dan infertilitas dibandingkan biasanya. Dari zigot XXY pria cacat berkembang - sindrom Klinefelter - infertilitas, keterbelakangan mental, fisik kasim. Keturunan dari satu X-kromosom sering mati dalam perkembangan embrio; jarang yang selamat adalah wanita dengan sindrom Shereshevsky-Turner. Mereka pendek, kekanak-kanakan, dan mandul. Pada manusia Y-kromosom mengandung gen yang menentukan perkembangan organisme jantan. Dalam ketidakhadiran Y-Kromosom berkembang sesuai dengan tipe wanita. Nondisjunction kromosom seks lebih sering terjadi pada manusia dibandingkan pada Drosophila; Rata-rata, untuk setiap 600 anak laki-laki yang lahir, ada satu anak laki-laki yang mengidap sindrom Klinefelter.