Закон гомологических рядов Н.И. Вавилова и его значение

Размещено на http://www.allbest.ru/

ГБОУ ВПО УГМУ Минздрава России

Фармацевтический факультет

Кафедра ботаники и фармакогнозии

Реферат по биологии

«Закон гомологических рядов Н.И. Вавилова и его значение»

Выполнила: Богданова Наталья Андреевна, ОФ - 102

Екатеринбург 2016

Содержание

Введение

1. Историческая справка

2. Закон гомологических рядов

2.1 Формулировка

2.2 Особенности

2.3 Примеры

3. Значение

Заключение

Список литературы

Введение

Селекция - это наука о методах создания высокопродуктивных сортов растений, пород животных и штаммов микроорганизмов. Это обширная область человеческой деятельности, которая представляет собой сплав различных отраслей науки, производства сельскохозяйственной продукции и ее комплексной переработки. В ходе селекции происходят устойчивые наследственные преобразования различных групп организмов.

Все это стало возможным, благодаря закону Николая Ивановича Вавилова, который известен как «Закон гомологических рядов в наследственной изменчивости».

Что же такое «Закон гомологических рядов» Н. И. Вавилова? В чем его суть? Какое значение он имеет? И как этот закон вообще появился?

Именно эти вопросы я хочу рассмотреть в ходе моего исследования.

1. Историческая справка

Для начала я хочу рассмотреть то, как закон гомологических рядов принял тот вид, в котором он имеется сейчас, который мы знаем со школьных уроков биологии.

Закон гомологических рядов имеет довольно длинную предысторию.

Основная идея - единства в наследственной субстанции организмов была в общих чертах философски развита Гёте в его «Метаморфозе растений», а также в идее единства в многообразии Жоффруа Сент-Илера и Дрессера. Эта идея, в особенности после Ч. Дарвина и под его влиянием, пронизывает сравнительную анатомию и морфологию животных и растений.

Отдельные факты параллельной наследственной изменчивости у близких и далеких видов известны давно. Ботаник Ш. Ноден отметил их отчетливо в своих классических исследованиях тыквенных в середине XIX в. Он привел ряды параллельной изменчивости у трех видов дынь и в других родах тыквенных.

В «Происхождении видов» в главе о компенсации и экономии в росте Дарвин подчеркивает, что «отдельные виды выявляют аналогичные изменения таким образом, что один вид приобретает признак другого родственного вида или возвращается к признакам раннего предка». В 1840 г. в «Путешествии натуралиста на корабле "Бигль"» он провел параллели между породой южноамериканского скота ньята и бульдогами и мопсообразными породами собак. Первая сводка явлений параллельной изменчивости дана Дарвином в 1868 г. в капитальном труде «Изменения домашних животных и культурных растений» (1951 г.). Здесь он снова возвращается к породе ньята: «Эта порода находится в таком же отношении к другим, в каком бульдог или мопс находятся к остальным собакам или как улучшенные свиньи, по Г. фон Натузиусу, к обыкновенным свиньям». В той же книге приводятся многочисленные факты параллельной изменчивости у других животных (оперенные ноги кур, голубей и индеек) и растений (фиолетоволистные разновидности бука, орешника и барбариса, текстура плодов персика и абрикоса и т. д.). Знал Дарвин и параллели в химической изменчивости: «... Листья чайного дерева и мяте и плоды кофе содержат возбуждающее и питательное вещество, которое, как теперь известно, химически тождественно». Лишь через много лет Вавилов сослался на распространение кофеина в разных семействах как на пример параллельной химической изменчивости. Начиная раздел об аналогичной или параллельной изменчивости («Изменчивость животных и растений»), Дарвин пишет: «Под этим термином я разумею, что одинаковые признаки время от времени проявляются у некоторых разновидностей или рас, ведущих начало от одного и того же вида, и, реже, в потомстве отдаленных видов… Случаи аналогичной изменчивости в отношении их происхождения могут быть подразделены на две категории: вавилов селекция гомологический

· во-первых, на случаи, зависящие от неизвестных причин, действующих на одинаковые конституции, а отсюда и варьирующие одинаково

· во-вторых, на такие случаи, которые обязаны выявлению признаков более или менее отдаленных предков».

При этом Дарвин ссылается на факты, сообщаемые Ш. Ноденом для тыквенных, и на установленный энтомологом Б. Уолшем закон уравнительной изменчивости, который гласит следующее:

«Если какой-либо признак изменчив в одном виде данной группы, то он будет проявлять тенденцию к изменению и в других родственных видах; и если какой-либо признак совершенно константен в одном виде данной группы, он будет стремиться быть константным у родственных видов».

Во всей эволюционной концепции Дарвина эти правильности в изменчивости видов, однако, не получили дальнейшего развития. Сам Уолш в специальной статье, посвященной систематике сетчатокрылых, дав кратко формулу закона уравнительной изменчивости и несколько примеров его приложения из энтомологии, не останавливается на развитии этого обобщения.

Впоследствии много подобных фактов обнаружили ботаники и палеонтологи. В XIX и начале XX вв. ряд ботаников и зоологов специально изучали параллельную изменчивость разных видов растений и животных:

- Французский ботаник Дюваль-Жув собрал большое число фактов по изменчивости диких видов злаков, ситниковых и осок в «Variations paralleles des types congeneres»;

- Гуго Де Фриз в «Мутационной теории» и «Пангенезе» также отмечает ряды параллельной изменчивости;

- Советский генетик Ю. А. Филипченко подытожил ряд таких, преимущественно зоологических, данных в статье о параллелизме изменчивости в живой природе, который он объяснял систематической и филогенетической близостью родов и видов, входивших в изучаемые группы;

- Ряд палеонтологов, как Коп и Осборн, отметили наличие параллельной изменчивости у животных.

В новейшее время Саккардо и Цедербауэр дали замечательные примеры параллелизма у грибов и хвойных. Вся система грибов монументального классического труда Саккардо о грибах построена на законе аналогичной изменчивости.

Однако не хватало исследователя с синтетическим складом ума, способного охватить умственным взором, как писал М. В. Ломоносов - « умными очами», все это громадное «скопище» разрозненных фактов и построить общую теорию.

Лишь Н. И. Вавилов подошёл к проблеме параллелизма в изменчивости близких видов и родов с генетических позиций. В работе «Закон гомологических рядов в наследственной изменчивости», изложенной в виде доклада на III Всероссийском селекционном съезде в Саратове 4 июня 1920 года, Вавиловым было введено понятие «Гомологические ряды в наследственной изменчивости» при исследовании параллелизмов в явлениях наследственной изменчивости по аналогии с гомологическими рядами органических соединений. Опубликованию закона предшествовала огромная работа по изучению Вавиловым и его сотрудниками тысяч сортов, с 1913 по 1920 год. На I Всероссийском съезде по прикладной ботанике, который проходил с 6 по 11 сентября 1920 года в Воронеже, по просьбе оргкомитета съезда Вавилов выступил с повторением доклада о законе гомологических рядов. В 1921 году закон был опубликован в журнале «Сельское и лесное хозяйство», а в 1922 году расширенный вариант закона был опубликован в большой статье в журнале «Journal of Genetics». В 1923 году Вавилов включил обсуждение закона в работу «Новейшие успехи в области теории селекции», в которой показал, что благодаря закономерности проявления сортовых различий у видов и родов «можно определённо предвидеть и находить соответствующие формы у изучаемого растения».

По сравнению с Дарвином понимание Вавиловым характеризуется следующими особенностями:

1) Закон приложим не только к близким видам одного рода, но и к родам семейств, не только близких, но и отдаленных.

2) Этому закону придается такая универсальность, что по наличию ряда изменчивости в одном роде или в семействе можно предвидеть соответствующий ряд в другом роде или семействе: это и позволило Н.И. Вавилову сделать удачный прогноз.

3) Н.И. Вавилов и его сотрудники не задумались сделать дальнейшие выводы из возрожденного на повышенном основании закона: они указали, что многие случаи миметизма прекрасно истолковываются как проявления этого закона. В одной из работ имеется прекрасная цветная таблица, показывающая великолепные случаи "миметизма" в семействе бобовых.

Сам Н.И. Вавилов, будучи образованным и добросовестным биологом, нисколько не претендовал на то, что он первый сформулировал положение о гомологической изменчивости. Он указывал многих авторов, в частности самого Ч. Дарвина.

2. Закон гомологических рядов

2.1 Формулировка

Что же представляет собой этот закон?

В формулировке Н. И. Вавилова он гласит:

«Виды и роды, генетически близкие, 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. Чем ближе генетически расположены в общей системе роды и виды, тем полнее сходство в рядах их изменчивости».

G₁ (a+b+c)

G₂ (a+b+c)

G₃ (a+b+c)

где G₁, G₂, G₃ - виды; a, b, с - разные варьирующие признаки

Целые семейства растений, в общем, характеризуются определенным циклом изменчивости, проходящей через все роды и виды, составляющие семейства.

Формулировка закона включала в себя две закономерности:

· Первая закономерность, которая бросается в глаза при детальном изучении форм у каких-либо линнеонов растений, принадлежащих к одному и тому же роду, -- это тождество рядов морфологических и физиологических свойств, характеризующих разновидности и расы у близких генетических линнеонов, параллелизм рядов видовой генотипической изменчивости …

- Чем ближе генетически виды, тем резче и точнее проявляется тождество рядов морфологических и физиологических признаков.

· Вторая закономерность в полиморфизме, вытекающая по существу из первой, состоит в том, что не только генетически близкие виды, но и роды проявляют тождества в рядах генотипической изменчивости.

2.2 Особенности

Закон гомологических рядов Н.И. Вавилова можно сравнить с периодическим законом Менделеева. Подобно тому, как химики искали новые элементы по карте - периодической системе Менделеева, селекционеры искали и находили нужные им формы, исходя из закона гомологий.

Н. И. Вавилов показал, что если все известные у наиболее изученного в данной группе вида вариации расположить в определённом порядке в таблицу, то можно обнаружить и у других видов почти все те же вариации изменчивости признаков. Более того, по мере развития исследований видов, входящих в данную группу, «пустые» места в таблице заполняются, и параллелизм в изменчивости близких видов становится всё более полным. Принципиально сходный, но слабее выраженный параллелизм характеризует изменчивость различных родов в пределах семейства, и ещё менее полный -- различных семейств в пределах группы более высокого ранга.

Опираясь на этот закон, Н. И. Вавилову и его сотрудникам удалось найти неизвестные селекционерам формы многих видов растений, собрать богатейшую коллекцию сортов культурных растений.

В основе закона гомологических рядов фенотипической изменчивости у родственных видов и родов лежит представление о единстве их происхождения в результате дивергенции от одного предка в процессе естественного отбора.

В годы развития молекулярной генетики закон Н. И. Вавилова получил подтверждение на молекулярном уровне. Оказалось, что как у растений, так и у животных близких видов и родов, гомологичные функции контролируются генами с одинаковыми последовательностями нуклеотидов, то есть предки и потомки имеют специфический набор генов. Поэтому у родственных видов, имеющих общее происхождение, возникают и сходные мутации. Это означает, что у представителей разных семейств и классов растений и животных со сходным набором генов встречаются одинаковые мутации по морфологическим, физиологическим и биохимическим признакам и свойствам.

2.3 Примеры

1. Параллелизм изменчивости крупных видов - линнеонов.

Пшеницы, например, распадаются на три группы видов -- с 42, 28 и 14 хромосомами. В каждой из этих групп имеются сходные формы, или возникшие параллельно, или унаследованные от общего предка: остистые и безостые, бело-, красно- и черноколосые, озимые и яровые.

Такие же ряды Вавилов находит у ячменей и ржи, овсов и проса, хлопчатника и пырея, огурцов, дынь и тыкв. (2)

2. Параллельная изменчивость у представителей различных родов.

Если у пшениц имеются формы с опушенными колосьями, то у ржи они также должны иметься. И действительно, Вавилов находит их сначала на Памире, а потом в Армении. Сходство гомологичных форм из разных родов настолько велико, что их порой принимали за межродовые гибриды. (Рис. 3)

Например, С. И. Коржинский за 23 года до доклада Вавилова описал гибриды арбузов и дынь -- гибриды ложные, никогда не существовавшие.

Кустовые формы растений, обнаруженные или полученные экспериментальным путем у целого ряда видов и родов овощных растений семейства тыквенных

- огурец;

- кабачок;

- дыня;

- разные виды тыкв.

3. Параллельную изменчивость можно проследить между весьма отдаленными семействами и даже классами.

Однако эти примеры, естественно, касаются лишь самых общих черт строения.

Так, альбинизм (возникновение бесхлорофильных форм), гигантизм и карликовость, превращение корней в корнеплоды, сходные форма плодов и окраска цветов возникают в семействах, связанных друг с другом чрезвычайно отдаленным родством.

Свекла, например, родственница лебеды и дерева пустынь -- саксаула (семейство маревых), но она образует корнеплоды, удивительно похожие на корнеплоды моркови (семейство зонтичных) или редьки (семейство крестоцветных).

4. Гомологические ряды изменчивости установлены животных:

- инфузории;

- паразитические черви;

- моллюски и морские пауки -- пантоподы;

- земноводные;

- черепахи;

- ящерицы;

- птицы;

- млекопитающие.

Например, известный генетик Дж. Холдэйн изучил параллелизм окраски шерсти у грызунов и хищных. Оказалось, что у мышей, крыс, кроликов и морских свинок, по-видимому, есть идентичные гены окраски, хотя кроликов сейчас вообще выделяют из грызунов в самостоятельный отряд зайцеобразных, а морская свинка -- родственница, как ни странно, не крысе, а дикобразу.

3. Значение

1. Закон Вавилова является теоретической основой при выборе направлений и методов для получения хозяйственно-ценных признаков и свойств у культурных растений и домашних животных.

2. Закон дает возможность успешно осуществлять поиск новых сортов культурных растений и пород домашних животных с теми или иными требуемыми признаками. В этом заключается огромное практическое значение закона для растениеводства, животноводства и селекции.

· Так, использование ценных генов дикого эфиопского ячменя позволило создать выдающийся по продуктивности сорт ярового ячменя Одесский 100.

· Бобовое растение люпин, часто произрастающее в подмосковных палисадниках, кроме красивых цветов, дает большой выход зеленой массы и отлично обогащает почву азотом.

- Казалось бы, это прекрасная кормовая культура. Однако люпины не поедаются скотом из-за горького вкуса.

- Руководствуясь трудами Вавилова, селекционеры из ГДР довольно быстро нашли негорькие формы люпинов, которые и стали родоначальниками новых сортов.

· Одним из наглядных примеров перспективности поиска форм и практического применения закона гомологических рядов является создание односемянных сортов сахарной свеклы.

3. Применяя закон гомологических рядов, можно установить центр происхождения растений по родственным видам со сходными признаками и формами, которые развиваются, вероятно, в одной и той же географической и экологической обстановке.

4. В медицине можно использовать различные модели на животных для изучения болезней человека с гомологичными заболеваниями: врожденная глухота мышей, сахарный диабет крыс, катаракта глаз у мышей, крыс, собак.

Заключение

В ходе работы я ознакомилась с историей становления закона гомологических рядов, его особенностями и значением в разных отраслях деятельности человека и теперь точно представляю себе, какой огромный вклад этим законом внес Н. И. Вавилов в селекцию, да и в биологию в целом.

Главная ценность закона гомологических рядов в наследственной изменчивости состоит в его прогностической сущности, позволяющей вести целенаправленный поиск гендоноров адаптивно значимых и хозяйственно ценных признаков.

И думаю, что с развитием генетики и других отделов биологии закон гомологических рядов приобретет еще большую значимость и откроет новые грани селекции и биологии в целом.

Список литературы

1. Н. В. Чебышев, «Биология: учебник для студентов средних профессиональных заведений». 2005

2. Н. И. Вавилов «Избранные произведения в двух томах». Т.1. 1967.

3. Б. М. Медников «Дарвинизм в XX веке». М., «Сов. Россия», 1975.

4. Большая советская энциклопедия. - М.: Советская энциклопедия, 1969-1978.

5. В. Ф. Пивоваров. « Научное исследование Н. И. Вавилова в селекционно-генетических исследованиях овощных культур во ВНИИ селекции и семеноводства овощных культур» / В. Ф. Пивоваров, Н. И. Тимин, Л. Ю. Кан // Вавиловский журнал генетики и селекции 2012. Т. 16. №3.

6. https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%92%D0%B0%D0%B2%D0%B8%D0%BB%D0%BE%D0%B2,_%D0%9D%D0%B8%D0%BA%D0%BE%D0%BB%D0%B0%D0%B9_%D0%98%D0%B2%D0%B0%D0%BD%D0%BE%D0%B2%D0%B8%D1%87#.D0.97.D0.B0.D0.BA.D0.BE.D0.BD_.D0.B3.D0.BE.D0.BC.D0.BE.D0.BB.D0.BE.D0.B3.D0.B8.D1.87.D0.B5.D1.81.D0.BA.D0.B8.D1.85_.D1.80.D1.8F.D0.B4.D0.BE.D0.B2_.D0.B2_.D0.BD.D0.B0.D1.81.D0.BB.D0.B5.D0.B4.D1.81.D1.82.D0.B2.D0.B5.D0.BD.D0.BD.D0.BE.D0.B9_.D0.B8.D0.B7.D0.BC.D0.B5.D0.BD.D1.87.D0.B8.D0.B2.D0.BE.D1.81.D1.82.D0.B8

7. https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%93%D0%BE%D0%BC%D0%BE%D0%BB%D0%BE%D0%B3%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B8%D0%B5_%D1%80%D1%8F%D0%B4%D1%8B_%D0%B2_%D0%BD%D0%B0%D1%81%D0%BB%D0%B5%D0%B4%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%B5%D0%BD%D0%BD%D0%BE%D0%B9_%D0%B8%D0%B7%D0%BC%D0%B5%D0%BD%D1%87%D0%B8%D0%B2%D0%BE%D1%81%D1%82%D0%B8

8. http://megabook.ru/article/%D0%97%D0%B0%D0%BA%D0%BE%D0%BD%20%D0%B3%D0%BE%D0%BC%D0%BE%D0%BB%D0%BE%D0%B3%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B8%D1%85%20%D1%80%D1%8F%D0%B4%D0%BE%D0%B2

9. http://studopedia.org/2-141856.html

http://studopedia.org/5-117612.html

10. http://molbiol.edu.ru/review/02_01.html

11. http://www.allvet.ru/referats/44.php

12. http://medbiol.ru/medbiol/evol/0001e143.htm

Размещено на Allbest.ru