Люди з самого початку свого існування займаються пізнанням себе і навколишнього світу. І часто дослідницька діяльність призводить до того, що люди навмисно втручаються в звичні процеси, порушуючи тим самим хід подій і привносячи явні зміни, що відображаються не тільки на навколишній природі, але і на людині.
Визначення
Мутагенез - це процес змін у структурі ДНК, внаслідок чого відбувається мутація організму.
Виділяють два види мутагенезу: штучний (індукований) і природний (спонтанний).
Історія виявлення
У 1899 році російським вченим Коржинським було наведено наукове пояснення мутагенезу. У 1900 році генетиком Фрізом було продовжено вивчення явища, і саме цей вчений дав існуюче нині визначення мутагенезу.
Ці два вчених вивели такі положення його теорії:
- Всі процеси мутації раптові, як переривчасті зміни ознак.
- Нові отримані форми стійкі.
- Мутації не "будують" послідовних рядків, не накопичуються біля середнього типу. Це суттєво відрізняє мутаційні зміни від спадкових.
- Подібні мутації можуть проявлятися періодично.
- Залежно від кількості досліджуваних особин зростає ймовірність виявлення мутації.
- Мутації несуть як шкоду, так і користь.
Чому з 'являються мутації
Найчастіше мутагенез виникає при допущенні помилок при подвоєнні і відновленні ланцюгів ДНК, при порушенні в розбіжностях хромосом до полюсів при мейозі.
Взагалі, в кожній клітині йде постійне відновлення порушених ланцюжків ДНК. Однак, якщо відновлення цілісності ДНК не відбувається, то всі помилки в генетичному коді будуть накопичуватися, що в кінцевому рахунку і призведе до мутаційного процесу.
Спонтанний мутагенез
Він виникає за природних умов розвитку, коли ззовні не діють ніякі мутагени.
Які можуть бути причини появи такого його виду:
- Екзогенні (або зовнішні): радіаційні випромінювання, екстремально низькі або високі температури.
- Ендогенні (або внутрішні). До таких належать метаболіти, які раптово утворюються в організмі і пробуджують освіту мутаційних процесів.
Так, наприклад, у зонах арктичного холоду рослинність володіє поліплоїдною формою. Це залежить від того, що в період вегетації при аномально низьких температурах у рослин утворюється ряд геномних мутацій.
Тривалий час вчені вважали, що факторами виникнення природного мутагенезу є космічні хвилі і природні радіаційні випромінювання. Однак під час проведених досліджень було встановлено, що лише незначна частка спонтанного мутагенезу утворюється під дією радіації.
Встановлено, що причиною є місцеві невеликі відхилення теплового руху частинок.
Індукований
Мутагенез штучного типу являє собою процес створення штучних мутацій, для отримання необхідного матеріалу.
Наприклад, у селекції рослин вчені застосовують мутагенні фактори, які перетворюють вихідний генотип. У ході цього виходять видозмінені види рослин з новими ознаками і формами, яких немає у первинних їх видів.
Тому можна сказати, що індукований мутагенез в селекції відіграє важливу роль в отриманні нових сортів.
Методи мутагенезу спонтанного типу
Його механізм виглядає, як порушення фрагмента ДНК. Якщо воно було проведено з похибками, то утворення мутації неминуче. Якщо порушення відбулося в маловажливій ділянці ДНК, або навпаки, в значущому фрагменті, то мутація з 'явиться, але одного разу і більше проявлятися не буде.
Мутагени: фізичні та хімічні
Мутагени - це явища, які викликають мутаційні зміни організму. За природою свого походження всі вони діляться на фізичні та хімічні.
До фізичних мутагенів належать:
- Іонізуючі випромінювання.
- Температура.
- Вологість.
Методи їх впливу такі:
- Руйнування цілісної структури хромосом і генів.
- Звільнення радикалів вільного типу, які починають взаємодіяти з ДНК.
- Порушення цілісності ниток хроматинового веретена ділення.
- Виникнення дімерів - утворень єдиних комплексів піримідинових підстав одного ланцюга ДНК.
Хімічні мутагени являють собою наступне:
- Хімічні речовини органічної та неорганічної природи.
- Речовини синтетичної природи, які не зустрічалися в природі раніше.
- Природні речовини після заводської переробки, наприклад, вугілля і нафта.
- Деякі медикаменти, наркотичні речовини, деякі види антибіотиків.
Механізм хімічних мутагенів такий:
- Алкілювання нуклеотидних комплексів ДНК.
- Заміщення азотистих підстав на підстави такого характеру.
- Уповільнення синтезу попередників нуклеїнових кислот.
Є користь від мутагенезу?
Отже, з упевненістю можна сказати, що мутагенез - це явище, здатне відбиватися на стані організму.
Якщо мутаген торкнеться "незначного" фрагмента ДНК, то, по суті, жодних змін організм не зазнає. Мутації будуть існувати в "пам 'яті" ДНК і передаватися у спадок, а з часом можуть зникнути зовсім.
Але якщо фактори мутагенезу торкнуться істотного фрагменту ДНК, внаслідок чого буде порушена стандартна амінокислотна послідовність, то це призведе до незворотних змін в організмі. І якщо мутація буде виявлена у переважної більшості особин певного виду, то в подальшому це призведе до суттєвих змін характерних ознак виду.
Оскільки мутагенез - це порушення нормальної цілісності ДНК, то мутації здатні завдавати шкоди організму.
Переважна кількість мутацій здатна скоротити життєдіяльність організмів і спровокувати появу важких захворювань.
Ті наслідки мутагенезу, які утворюються в соматичних клітинах, не передаються з генетичним матеріалом наступному поколінню. Але в результаті мітотичного ділення, коли з 'являються нові клітини, що утворюють тканину, можуть утворюватися пухлинні ущільнення.
Мутації, які зачіпають статеві клітини, здатні передаватися наступному поколінню.
Конкретний приклад: мутація, що призводить до появи вкорочених крил у однієї з представників комахи, в подальшому часі проявиться у решти її видів, і, якщо ці комахи живуть в безвітряному районі, то пересуватися їм буде важко. У цьому випадку мова буде йти про придбане захворювання або навіть потворність.
Але ось якщо в такій місцевості почнуть дути сильні вітри, то початковий вид комах з довгими крилами будуть зазнавати незручності, а короткокрилі, навпаки, будуть мати переваги.
Таким чином, можна сказати, що мутації можуть породжувати новий вид організмів шляхом зміни геномної структури існуючого виду.