Значение диплоидности в ЕГЭ по биологии 2017 года

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.