Le rôle évolutif des mutations 9. Le rôle évolutif des mutations présentation à la leçon de biologie sur le sujet

Le rôle évolutif des mutations

Mutation

mutagènes

Génotype

allèle (allèle homozygote hétérozygote(Aa).

Le rôle évolutif des mutations

Le corps et chacune de ses cellules sont continuellement exposés à diverses influences environnementales, ce qui peut provoquer des perturbations dans le processus de division cellulaire et des "erreurs" dans la copie des gènes et des chromosomes, c'est-à-dire mutation.

Mutation- modifications de l'appareil héréditaire de la cellule, affectant des chromosomes entiers ou leurs parties.

L'étude des mutations naturelles a été réalisée par le scientifique russe S.S. Chetverikov et le botaniste néerlandais De Vries.

La mutation est un processus continu et aléatoire, mais pas déraisonnable !

Les effets qui provoquent des mutations sont appelés mutagènes... Les principaux mutagènes sont : tous les types de rayonnement, les produits chimiques, les virus, les bactéries, les températures trop élevées ou trop basses, etc.

Les mutations sont : nocives, neutres et nocives. La même mutation peut changer de sens dans des conditions modifiées. La plupart des mutations sont nocives, mais rarement des mutations bénéfiques sont le matériau de départ de l'évolution.

Tous les organismes dans leur état naturel sont caractérisés par un croisement libre - l'appareil stabilisateur des génotypes de la population. ( Génotype - un ensemble de gènes d'un organisme).

Un gène est une section d'une molécule d'ADN qui contient des informations héréditaires. Gene a deux allèle (allèle - état spécifique du gène) : gène dominant - A, gène récessif - a. Lorsque deux cellules fusionnent, un zygote se forme, s'il possède deux allèles identiques du gène, il est alors appelé homozygote(AA, aa), si allèles différents - hétérozygote(Aa).

Les mutations récessives qui en résultent entrent dans un état hétérozygote et sont invisibles. Mais chaque espèce (population), comme une éponge, est saturée de telles mutations. Il existe donc une variabilité latente.

La fréquence des mutations est de 10 -4, 10 -8.

Chaque organisme possède un grand nombre de gènes, par conséquent, la probabilité d'occurrence d'une mutation est plus grande, le nombre d'individus dans la population est grand. Ainsi, nous pouvons dire que la mutation est un phénomène courant.

Puisque la diversité génétique est le résultat de l'évolution, la mutation est nécessaire pour le processus évolutif.

La fréquence des mutations dépend : des catastrophes naturelles (certaines mutations disparaissent, tandis que la concentration d'autres augmente) ; migration (la fréquence des changements de gènes - diffère de celle initiale); "Vagues de chiffres", isolement.

Changer les directions de la sélection naturelle en fonction des nouvelles conditions de la lutte pour l'existence

Sélection des individus, héritage. des changements qui leur permettent de développer de nouveaux territoires ou habitats

Spéciation géographique

Spéciation écologique

Réinstallation sur un nouveau territoire

Développement de nouvelles niches écologiques au sein de l'ancien secteur

Isolement géographique entre les populations

L'émergence de sous-espèces

Isolement biologique

L'émergence de nouvelles espèces

Sélection dans de nouvelles conditions environnementales

Sélection dans de nouvelles conditions environnementales

Isolement biologique

L'émergence de sous-espèces

L'émergence de nouvelles espèces

La séquence des événements dans la spéciation

Changements dans l'habitat ou la position de l'espèce (population) dans celui-ci

Aggravation de la lutte pour l'existence entre individus

L'évolution est le processus par lequel de nouvelles formes de vie surgissent à partir de celles préexistantes : les plantes à fleurs des fougères et des mousses, les oiseaux et les mammifères des reptiles, l'homme des ancêtres semblables aux singes.

L'évolution se poursuit à l'heure actuelle, mais du point de vue de l'échelle de temps évolutive, la vie humaine est un moment si court qu'une personne ne parvient qu'occasionnellement à observer directement l'évolution. On assiste par exemple à la transformation de bactéries inoffensives en bactéries virulentes ou au déplacement de variétés plus claires par des papillons de couleur foncée dans les régions industrielles.

L'adaptation de chaque type d'organisme à son environnement et à son mode de vie spécifiques a toujours suscité l'étonnement et l'admiration des naturalistes. Pour atteindre cette incroyable adaptabilité, la nature agit à peu près de la même manière que les humains élèvent des moutons robustes pour les régions montagneuses ou des pommes de terre résistantes aux maladies. L'éleveur et l'obtenteur sélectionnent des individus bien adaptés aux conditions dans lesquelles ces plantes ou animaux devront vivre. Ils rejettent les moins adaptés. Souvent, ils créent de nouvelles variétés en croisant des lignées existantes et en sélectionnant parmi leur progéniture des individus qui combinent les caractéristiques bénéfiques des deux lignées, telles que le rendement élevé d'une variété de blé et la résistance au gel de l'autre, ou la couleur argentée du lapin chinchilla. avec de la fourrure douce de race de rivière.

L'évolution passe aussi par le métissage et la sélection. Son matériel est constitué de gènes mutés qui sont présents dans toutes les espèces. À chaque acte de reproduction sexuée, de nouvelles combinaisons de gènes apparaissent. Les individus porteurs de diverses combinaisons de gènes se font concurrence dans la lutte pour l'existence. Les plus en forme laissent plus de progéniture, et à la fin, les meilleures combinaisons évincent les pires. Même un nombre relativement petit de gènes mutés fournit un énorme pool de variations génétiques potentielles. Si l'humanité dans son ensemble ne portait que 1000 gènes mutés, et c'est certainement un chiffre largement sous-estimé, le nombre de combinaisons possibles de ces gènes dépasserait de manière significative le nombre de toutes les personnes vivant sur terre. Il n'y a pas deux personnes, à l'exception des jumeaux identiques (voir article à ce sujet), qui seraient complètement identiques dans leur constitution génétique.

Malgré le fait que l'évolution utilise des gènes déjà existants pour ses objectifs immédiats, les mutations sont la principale matière première, à la suite de laquelle de nouveaux gènes apparaissent. Les mutations représentent donc l'une des plus grandes forces motrices de l'évolution, et puisque le processus évolutif se poursuit, les mutations sont toujours nécessaires pour la préservation et le progrès de la vie sur Terre.

Cependant, la plupart des nouvelles mutations sont nocives, voire mortelles. Comment cela peut-il être expliqué? La raison en est que tout organisme existant est le résultat d'une longue évolution, au cours de laquelle il s'est si subtilement adapté aux exigences de son mode de vie que tout changement dans son organisation est plus susceptible d'être un changement pour le pire que pour le mieux. Imaginez : un homme casse une sorte de roue dans sa montre et l'horloger à qui il a apporté la montre sélectionne une nouvelle roue au hasard parmi un tas de pièces de toutes tailles et variétés. Il est très probable qu'après cela, la montre ne fonctionnera pas bien, et peut-être même se détériorera complètement. L'horloge la plus complexe est beaucoup plus simple que l'organisme le plus primitif. Des dizaines de roues interconnectées sont nécessaires pour faire fonctionner la montre ; des milliers de processus physiologiques interconnectés sont nécessaires pour qu'un organisme se développe et survive. Une mutation, remplaçant un gène par un autre, modifie l'un de ces processus dans un ordre aléatoire. Il n'est pas surprenant que la plupart des mutations perturbent l'harmonie de l'organisme, et beaucoup conduisent même à la mort.

La mesure dans laquelle une mutation particulière est nocive dépendra du mode de vie et de l'environnement de l'organisme. Pour une plante verte, dont l'existence dépend de l'activité chimique de la chlorophylle qu'elle contient, la mutation qui provoque l'albinisme sera mortelle. Les animaux vivant dans les grottes peuvent se passer de pigment, et donc une mutation conduisant à l'albinisme peut se propager parmi eux. Dans des conditions arctiques, la sélection favorise les mutants blancs.

Lorsque les conditions environnementales changent, des mutants qui étaient perdants dans les anciennes conditions se manifestent et peuvent même supplanter leurs ancêtres non mutés. Menue puce d'eau La daphnie est un habitant commun de nos étangs et divers plans d'eau. Il se développe bien à une température de 20°C et meurt si la température monte à environ 27°C. Dans des conditions de laboratoire, un mutant est apparu qui a besoin d'une température de 25 à 30°C pour son existence. conditions climatiques Angleterre, les individus mutants ne pouvaient pas exister. Imaginons cependant que la température s'élève de 7 à 8°C. Dans ce cas, les mutants seraient les seuls individus capables de survivre, et ils poseraient les bases d'une nouvelle lignée, entièrement constituée de mutants.

De même, les individus mutants acquièrent de la valeur lorsqu'une espèce peuple de nouveaux territoires ou change de mode de vie. Au cours de l'évolution, la vie a continuellement assimilé de nouveaux territoires: mers, terre, eau douce, air, a pénétré dans d'autres organismes - plantes et animaux. Lorsqu'une personne s'installe sur de nouvelles terres, elle a besoin d'hommes et de femmes qui peuvent échanger une machine à écrire contre une pelle et un réchaud à gaz contre un réchaud en pierres. Lorsque la vie s'étend à de nouveaux territoires, elle a besoin d'espèces qui, en raison de leur important stock de gènes mutés, sont encore suffisamment changeantes pour affecter les colons à de nouvelles conditions. Si sur nos terres recommençait âge de glace, les oiseaux blancs que l'on trouve parfois parmi nos espèces sauvages, seraient probablement les premiers habitants réussis des régions enneigées.

Ainsi, du point de vue de l'espèce, les mutations sont tout aussi néfastes que nécessaires. Les mutations sont néfastes tant que les conditions d'existence restent inchangées, car les organismes vivants, du fait de leur évolution, s'adaptent à leur environnement et à leur mode de vie, et les mutations sont plus susceptibles d'affaiblir ou de détruire que d'améliorer cette condition physique séculaire. Les mutations sont nécessaires car les conditions d'existence ne restent jamais constantes sur une longue période de temps. Le climat change progressivement au fil des années et des siècles ; les rivières changent de cours ; les montagnes sont aplanies ; certaines sources de nourriture s'épuisent et de nouvelles apparaissent ; les animaux carnivores se déplacent d'une région à l'autre, et l'homme dans des coins de la Terre auparavant inhabités crée continuellement de nouvelles conditions pour l'existence des plantes et des animaux. En conséquence, seules survivront les espèces capables de faire face à chaque changement de l'environnement avec une nouvelle adaptation, et ce seront les espèces qui auront un approvisionnement suffisant en gènes mutants. Ainsi, chaque espèce doit maintenir un équilibre entre l'exigence de maintenir un faible taux de mutation, dictée par les conditions d'aujourd'hui, et l'exigence d'une accumulation importante de mutations, dictée par les perspectives d'avenir. Une espèce qui mute trop souvent s'éteindra, car nombre de ses individus seront faibles, éphémères ou stériles. Les espèces qui mutent trop rarement peuvent survivre avec succès pendant un certain temps, mais elles ne survivront pas lorsque les conditions changeantes les obligeront à s'adapter, pour lesquelles elles ne disposent pas des gènes nécessaires.

soi-disant taux de mutation spontanée c'est-à-dire que la fréquence moyenne avec laquelle les gènes d'une espèce donnée mutent représente l'équilibre qui a finalement été établi entre ces demandes contradictoires. La fréquence des mutations spontanées n'a été étudiée que chez quelques espèces. Cela va d'une mutation pour un gène donné pour 100 000 cellules germinales à une mutation pour 10 millions de cellules. Cependant, des taux de mutation plus élevés et plus faibles sont connus. Certaines anomalies chez l'homme sont causées par des gènes avec un taux de mutation assez élevé. Ainsi, environ 3 des 100 000 chromosomes X humains portent une nouvelle mutation hémophilique. Si en Angleterre chaque année 800 000 enfants naissent, dont la moitié sont des garçons, et que ces enfants portent 1 200 000 chromosomes X (chaque garçon un et chaque fille deux), alors il s'avère que chaque année 36 enfants naissent en Angleterre porteurs d'un nouveau gène .hémophilie. Tous les garçons seront hémophiles, toutes les filles - des "porteurs" apparemment normaux.

Certains autres gènes humains semblent muter à une fréquence encore plus élevée, mais il y a des raisons de croire que la plupart des gènes humains ont un taux de mutation plus faible, probablement égal à 1 gamète sur 100 000 ou même moins.

Comment se produit la mutation spontanée ? Ceci, apparemment, est l'un des problèmes les plus importants de la génétique, mais jusqu'à présent, il n'a été que partiellement résolu. On sait que les rayonnements ionisants provoquent des mutations et que les rayonnements sont présents à la fois dans l'atmosphère et dans le sol. Il ne fait aucun doute que ces radiations naturelles provoquent des mutations spontanées, mais il a été calculé que leur nombre est trop petit et peut être la cause d'une fraction seulement du nombre total de toutes les mutations observées dans la nature. A l'aide d'une série substances chimiques réussi à obtenir des mutations en laboratoire. Certains, comme le gaz moutarde, sont aussi efficaces que les rayonnements ionisants. D'autres, avec une efficacité génétique moindre, se produisent naturellement ou sont proches de certains composés naturels. Ainsi, il est fort probable que produits chimiques mutagènes en partie responsable de la survenue de mutations spontanées. Nous savons également que les mutations spontanées sont plus susceptibles de se produire à haute qu'à basses températures... La physique nous apprend qu'à haute température, les molécules qui composent la matière se déplacent plus rapidement qu'à basse température. Cela rend plausible que le mouvement extrêmement rapide de molécules à proximité d'un gène puisse provoquer une mutation dans celui-ci. Il est également très probable qu'une mutation puisse survenir à un moment où un gène, en préparation à la division, forme un gène complètement similaire à lui-même près de lui. C'est un processus très compliqué, qui peut être comparé à l'assemblage à partir de cubes d'une copie exacte du motif indiqué sur le couvercle d'une boîte. S'il manque au moins un dé ou si deux dés sont échangés, la copie sera inexacte. Un gène peut également ne pas avoir à sa disposition toutes les parties nécessaires pour créer son homologue, ou il peut être « mauvais » lors du choix et de la connexion des différentes parties. Une fois qu'une copie inexacte a été créée, elle servira désormais de modèle pour faire des copies ultérieures, et ainsi un nouveau gène muté sera propagé.

De nombreuses études ont porté sur les effets de divers mutagènes. À l'avenir, nous ne considérerons plus en détail qu'un seul mutagène, à savoir les rayonnements ionisants, car cette source de mutabilité a acquis une importance primordiale à l'âge atomique. Parallèlement à cela, on ne peut que prendre en compte le fait qu'un nombre croissant de produits chimiques sont utilisés comme médicaments, cosmétiques, additifs alimentaires, ainsi que dans les processus de production. Il est possible que certains d'entre eux puissent provoquer des mutations et, ainsi, comme les rayonnements ionisants, soient dangereux.

Les projets visant à tester l'effet génétique des médicaments et d'autres produits chimiques sont largement discutés et devraient se réaliser dans un proche avenir. Cependant, il n'est pas facile de tirer des conclusions définitives de telles expériences. Si nous pouvons être sûrs qu'un rayonnement ionisant pénétrant profondément provoquera des mutations dans tous les organismes, alors avec les produits chimiques, la situation est différente : ils peuvent avoir des effets différents sur différents organismes. Par exemple, la caféine provoque des mutations chez les bactéries mais est totalement inefficace chez la souris. Les souris sont beaucoup plus proches des humains que les bactéries, nous pourrions donc considérer ces résultats comme rassurants et conclure que boire beaucoup de thé et de café ne peut pas nuire à notre progéniture, quelle que soit la façon dont cela affecte notre propre santé. Bien que cette conclusion semble assez raisonnable, il ne peut y avoir de certitude complète à ce sujet. À titre de mise en garde, l'ajout de petites quantités de formaldéhyde à la nourriture des larves de drosophile provoque des mutations chez les mâles, mais pas chez les femelles. C'est ce manque d'uniformité dans l'action des produits chimiques qui rend si difficile de conclure à l'égard d'une personne sur la base de recherche en laboratoire mutations. Certaines conclusions doivent encore être tirées si nous voulons éviter d'encombrer l'humanité de mutations indésirables induites par des produits chimiques.

Nous ne nous attarderons plus sur cette question et limiterons notre discussion aux effets mutagènes des rayons X. Différentes sortes les rayonnements ionisants n'agissent pas de manière identique, mais ces différences sont insignifiantes et intéressent plus les généticiens théoriciens que les non-généticiens qui veulent se faire une idée du danger génétique auquel l'humanité devra faire face à l'avenir.

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Dans cette leçon, vous apprendrez comment les mutations sont liées au processus évolutif. Rappelez-vous ou apprenez ce que sont les mutations. Quelle est leur signification ? Comment les cancers sont-ils liés à l'évolution ? Dans cette leçon, vous vous familiariserez avec deux types de variation héréditaire (combinatoire et mutationnelle) et considérerez les mutations comme source constante variabilité héréditaire. Vous découvrirez la probabilité de mutations, leurs conséquences pour les organismes, ainsi que la façon dont les mutations se propagent dans une population. Les principes du maintien de la diversité génétique des espèces à travers des individus hétérozygotes seront considérés.

Sujet : Doctrine évolutionniste

Leçon : le rôle évolutif de la mutation

L'une des principales forces motrices de l'évolution selon Charles Darwin est la variabilité héréditaire. Il est plus ou moins évident que Charles Darwin a étudié la variabilité héréditaire sans posséder les concepts génétiques modernes. On sait aujourd'hui que la variation héréditaire est le résultat du processus sexuel et du processus mutationnel (voir Figure 1).

Bibliographie

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2. Belyaev DK Biologie 10-11 grade. Biologie générale. Un niveau de base de. - 11e éd., Stéréotype. - M. : Éducation, 2012 .-- 304 p.

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Script de cours sur le sujet

"Le rôle évolutif des mutations"

Date de l'événement : 14/10/2014

Sujet : Biologie

Le sujet de la leçon est « le rôle évolutif des mutations » ;

Manuel : Mamontov S.G., Sonin N.I. "La biologie. Lois générales " 9e année : Outarde, 2006.

Le but de la leçon: créer les conditions d'assimilation du concept de mutation, considérer le rôle évolutif des mutations.

Objectifs de la leçon:

Éducatif: l'éducation patriotique sur l'exemple des savants nationaux qui ont étudié le processus mutationnel ;

Développement: la formation de compétences et de capacités de travail indépendant, pour jeter les bases de l'étude de la génétique;

Éducatif: considérer l'essence du processus mutationnel, identifier son rôle dans l'évolution.

Type de cours: Combiné.

Mode de réalisation: conversation, explication, travail indépendant, travail en groupe.

Pendant les cours :

Organisation du temps ... Les salutations. Préparer le public au travail. Vérification de la présence des élèves.

Évaluation des élèves et définition des objectifs .

Professeur: maintenant, nous allons effectuer une tâche de test à l'aide de laquelle nous apprendrons ce que nous étudierons dans la leçon d'aujourd'hui. (les élèves commencent le test). Annexe 1.

L'enseignant, avec les élèves, à l'aide d'un test correctement rempli, communique le sujet de la leçon et le but de la leçon.

Présentation du nouveau matériel.

Professeur: Nous écrivons le sujet de la leçon : Le rôle évolutif des mutations.

Rappelons que l'évolution se divise en deux types :

Évolution

Microévolution Macroévolution

Qu'elle est la définition de microevolution ? (spéciation).

L'enseignant réalise une enquête frontale pour amener les élèves à s'auto-étudier ce sujet :

L'unité de l'hérédité est ...?

Où se trouve le chromosome ?

À l'aide du dessin de la présentation et des discussions avec l'enseignant, les élèves formulent eux-mêmes la définition du terme gène. (Un gène est une section d'une molécule d'ADN qui contient des informations héréditaires.)

Professeur: un organisme vivant et chacune de ses cellules sont toujours exposés à des influences différentes l'environnement... Impacter environnement externe peut provoquer des perturbations dans le processus de division cellulaire et des « erreurs » dans la copie des gènes et des chromosomes. A votre avis, à quoi conduisent de telles "erreurs" ? (mutation)

Mutation - modifications de l'appareil héréditaire d'une cellule, affectant des cellules entières ou leurs parties.

Professeur: Question à la classe : Quel est le rôle des mutations dans le processus évolutif ? Pour répondre à cette question, nous examinerons plus en détail le processus de mutation. Que sont les mutations ?

Mutations bénéfiques : mutations qui conduisent à une résistance accrue de l'organisme (résistance des blattes aux pesticides). Mutations néfastes : surdité, daltonisme. Mutations neutres : les mutations n'ont aucun effet sur la vitalité de l'organisme (couleur des yeux, groupe sanguin).