在生物圈中,每一种生物的后代都与它们的亲代非常相似,但又存在或多或少的差异。遗传和变异是生物特有的现象之一,各种生物通过遗传变异既能使物种的性状基本上保持稳定,又能向前发展进化。信鸽就是由岩鸽经过长期、渐变、稳定而产生的。
遗传的物质基础
生活中,你会常听到这样的评论“她的眼睛和她妈妈的像极了”,我们每个人都能从自身找到许多与父母相似的地方,我们饲养的信鸽也是如此。生物学上把后代与其亲代相似的现象,叫做遗传。遗传同生物的其它生命活动—样,也有其物质基础。
1、细胞核是遗传的控制中心
早在18世纪,人们就认识到生物的后代与其亲代之所以相似,是因为生物体内具有决定这些现象的遗传物质。1944年,美国科学家艾弗里等在前人研究的基础上,通过实验证实了存在于生物细胞内的遗传物质。
科学家研究表明,生物的遗传物质主要存在于细胞核中,控制遗传现象的遗传信息就储存在这些遗传物质中。因此说,细胞核是遗传的控制中心。
2、 DNA是主要的遗传物质
利用染色技术对正在分裂的细胞进行染色,可以看到细胞内存在着一些能被碱性染料染成深色的物质,这些物质就是染色体。染色体在生物的传种接代过程中,具有非常重要的作用。正常情况下,同种生物的体细胞内都含有数目相同且形态相似的染色体,不同种生物体细胞内的染色体数目和形态则有所不同。
例如:果蝇体细胞内有4对染色体,蝗虫体细胞内有12对染色体、豌豆体细胞内有7对染色体,玉米体细胞内有10对染色体,水稻体细胞中有12对染色体,人的体细胞中有23对染色体。
染色体的化学成分主要包括蛋白质和DNA(脱氧核糖核酸的简称)。科学家经过一系列实验,证明了DNA是生物的主要遗传物质。
DNA分子是由两条长链盘旋而成的规则的双螺旋结构。DNA上有许多与遗传相关的片段,我们把这些片段叫做基因(gene)。不同的基因贮存着不同的遗传信息,也就是说生物表现出的不同特征是由不同的基因控制的。
在细胞中,每条染色体上通常都包含一个DNA分子,每个DNA分子包含许多基因。一般情况下,由于同种生物所含有的染色体形态和数目是相同的,因此,细胞内所包含的基因也是相对稳定的,从而保证了生物的后代与亲代之间只有相对稳定的遗传信息。
无论是DNA还是RNA作为遗传物质的基础已是无可辩驳的事实。
染色体与性别决定
平时,我们根据外貌就能识别一个人的性别。但在病态或人为情况下,有的人却表现出异性或两性的形态特征。在国际运动会上,曾经有男性运动员冒充女性去参赛而获取金牌的事例。1993年在我国上海举行的首届东亚运动会上,组委会采用了只需1根带毛囊的头发即可鉴别性别的新技术,准确率达100%,维护了公平竞赛的原则。这种鉴别方法的依据就是男女体细胞中的染色体所具有的形态差异。
1、染色体的传递
鸽的体细胞中有40对染色体,其中有一对能决定个体的性别,这对染色体被称为性染色(Sex chromosome),其余39对染色体叫做常染色体(autosome)。在雌性的体细胞中,两条性染色体是相同的,用zz表示,在雄性体细胞中,这对染色体是不相同的,用ZW表示。
在鸽的生殖过程中,要进行一种特殊方式的细胞分裂,结果使生殖细胞中的染色体数目减少一半。鸽的体细胞中含有40对染色体,所产生的精子和卵细胞内各含有40条染色体。通过受精作用,精子的细胞核与卵细胞的细胞核融合在一起,受精卵中的染色体数目又恢复到40对。其中的每一对染色体,都是一条来自父亲,一条来自母亲。因此,后代的体细胞中就具有了来自父母双亲的染色体,亲代细胞核内的遗传信息也就随着染色体传递给了后代。人类的遗传就是通过染色体在子代与后代之间的传递实现的。
2、性别决定
在产生生殖细胞时,雌性只能产生一种卵细胞,每个卵细胞内都有39条常染色体和1条X染色体。雄性则产生两种精子:一种精子含有39条常染色体和1条X染色体,另一种精子则含有39条常染色体和1条Y染色体。从理论上讲,两种精子的数量是相等的。陲受精时,含有X染色体的精子和含有陲等的。如果一个含有ZW染色体的精子与股卵细胞结合,形成的受精卵内含有两条zw染色体,将来就发育成雌鸽;如果一个含有z染色体的精子与卵细胞结合,形成的受精卵内含有一条z染色体和一条z染色体,将来就会发育成雄鸽。由此可见,雄雌是随机的,而且机会均等。
研究发现,在非性染色体上所有的基因都与性别决定有关,1990年,科研人 WBh“Y”“ X”决定基因,该基因能刺激早期胚胎的性腺形成睾丸的,从而发育成男性,这说明。人的性别也是由染色体上的基因决定。
性状的遗传
生物在进行有性生殖时,亲代通过精子和卵细胞把自己的基因传给了后代,从而使得后代继承了亲代最基本的遗传特征。一个人的长相之所以与其父母有诸多相似之处,是因为他得到了父母的遗传信息。
1、生物的性状
生物体的外部形态特征和内部生理特性叫做性状(relative character)。例如:康乃馨的花色、果蝇的翅型、鹦鹉的羽色、鸡冠的形状等都是性状。
生物体的每一种性状,往往有不同的表现类型。在遗传学上,把生物同一种性状的不同表现类型称为相对性状)。例如:一种豌豆是高茎,花的位置是腋生、豆荚的颜色是绿色、豆荚的形状平滑、种皮的颜色是灰色、子叶的颜色是黄色,种子的形状是圆滑,而另一种豌豆是矮茎、花的位置是顶生、豆荚的颜色是黄色、豆荚的形状是皱缩、种皮的颜色是白色、子叶的颜色是绿色、种子形状是皱缩。
2、基因与性状遗传
每一种生物的不同个体之间都有很多相对性状,这些性状在亲代和后代之间的遗传是有一定规律的。
一个基因内部遗传结构我或DNA序列的任何改变,包括一对或少数几对碱基品缺失、插入或置换,而导致的遗传变化称为基因突变。
生物的性状都是由DNA上的基因控制的。基因位于染色体上,染色体在生物体细胞内是成对存在的,因此,基因也是成对存在的。
在遗传时,亲代的性状有的能够在后代中表现出来,有的则不能表现出来。根据性状在亲代和后代中的表现规律,我们把相对性状分为显性性状和隐性性状。把控制显性性状的基因叫做显性基因(dominant gene),通用大写英文字母表示(如A);把控制隐性性状的基因叫做隐性基因(reCeSSICe Qene),通常用小写英文字母表示(如a)。倘若细胞内控制某性状的一对基因为AA或Aa,该生物个性就表现为显性基因A所控制的性状,即显性性状;当细胞内控制某性状的一对基因为aa时,该个体表现的就是隐性性状。
例母亲体细胞的基因组成是AA,表现为双眼皮父亲体细胞内的基因组成是aa,表现为单眼皮。母亲所产生的卵细胞中含有一个显性基因A,父亲所产生的精子中含有一个隐性基因a,精子与卵细胞结合后,受精卵的基因组成为Aa,子女所表现出来的也就是双眼皮。
在生殖过程中,子代的基因随着染色体传递给后代,并控制着后代的性状表现,正是由于基因在亲代和后代之间的遗传,生物的特征具有相对稳定性。这也是每种生物的固有特征能够代代相传的根本原因。
生物的变异
“一母生九仔,连母十个样”,这句谚语形象地描述了生物的变异现象。在千姿百态的生物世界里,你找不到两个完全相同的生物个体。生物学只把后代与亲代之间以及后代不同个体之间存在的差异的现象叫做变异(Variation)。变异是普遍存在的生命现象,是生物界绚丽多姿的根本原因。
遗传和自复性:突变是遗传物质结构的改变,因此是可以稳定遗传的。
1、变异的类型及意义
引起生物变异的因素多种多样。有些变异仅是由环境因素导致的,没有遗传物质的改变,因而不能遗传给后代,属于不遗传的变异。例如:把相同的小麦种子,播种在水肥条件不同的环境里,长出来的小麦植株在高矮和子粒的饱满程度等方面所表现出的变异就是不可遗传的。有些变异是由于遗传物质的改变引起的,因而能够传给后代,属于可遗传的变异,例如:人类的白化病就是由于基因的改变而引起的。
例:体态优美、颜色艳丽的金鱼,是人在选择鲫鱼的变异逐渐形成的。“一家子”狗的毛色各不相同,是遗传物质的重新组合导致的。无子西瓜是由染色体数目的改变引起的,番茄幼苗的长势不同是由土壤条件不同造成的。
对于生物个体来说,有的变异有利于自身的生存。例:昆虫的体色变得与环境色彩相似,越不易被敌害发现。有的变异不利于生物自身的生存,例:小麦的苗,因不能进行光合作用而过早死亡。生物的变异有利于物种的发展和进化,因为各种有利的变异会通过遗传不断地积累和加强,不利的变异会被淘汰,使得生物群体更加适应周围的生存环境。