Das Gesetz der homologischen Reihe in der erblichen Variabilität N.I. Vavilova

Mutationen, die auftreten in natürliche Bedingungen ohne den Einfluss verschiedener Faktoren auf den Körper, genannt spontan. Hauptmerkmal Manifestationen spontaner Mutationen ist, dass genetisch verwandte Arten und Gattungen durch das Vorhandensein ähnlicher Formen der Variabilität gekennzeichnet sind. Das Muster des Vorhandenseins homologer Serien in der erblichen Variabilität wurde vom herausragenden Genetiker und Züchter, dem Akademiemitglied N.I., festgestellt. Wawilow (1920). Er zeigte, dass homologe Reihen nicht nur auf Arten- und Gattungsebene in Pflanzen existieren, sondern auch bei Säugetieren und Menschen zu finden sind.

Das ist der Kern des Gesetzes Genetisch nahestehende Gattungen und Arten zeichnen sich durch homologe (ähnliche) Reihen in der erblichen Variabilität aus. Eine ähnliche genotypische Variabilität basiert auf einem ähnlichen Genotyp in eng verwandten Formen (d. h. einer Reihe von Genen, ihrer Position in homologen Loci). Wenn wir daher die Formen der Variabilität kennen, beispielsweise eine Reihe von Mutationen bei Arten innerhalb einer Gattung, können wir davon ausgehen, dass dieselben Mutationen bei anderen Arten einer bestimmten Gattung oder Familie vorhanden sind. Ähnliche Mutationen in genetischer Hinsicht verwandte Arten N.I. Vavilov nannte homologische Reihen in der erblichen Variabilität. Beispiele:

1) Vertreter der Getreidefamilie haben einen ähnlichen Genotyp. Innerhalb der Gattungen dieser Familie (bei Weizen, Roggen, Hafer usw.) werden ähnliche Mutationen beobachtet. Dazu gehören: nackte Maserung, grannenlos, lagerhaltig, unterschiedliche Konsistenz und Farbe der Maserung usw. Besonders häufig sind grannenlose Formen von Weizen, Roggen, Hafer und Reis;

2) Ähnliche Mutationen treten bei Menschen und Säugetieren auf: Kurzzehen (Schafe, Menschen), Albinismus (Ratten, Hunde, Menschen), Diabetes mellitus(Ratten, Menschen), Katarakte (Hunde, Pferde, Menschen), Taubheit (Hunde, Katzen, Menschen) usw.

Das Gesetz der homologischen Reihe erblicher Variabilität ist universell. Medizinische Genetik nutzt dieses Gesetz, um Krankheiten bei Tieren zu untersuchen und Behandlungsmethoden für den Menschen zu entwickeln. Es wurde festgestellt, dass onkogene Viren durch Keimzellen übertragen werden und sich in deren Genom integrieren. In diesem Fall entwickeln die Nachkommen ähnliche Co-Erkrankungen wie die Eltern. Die Nukleotidsequenz in der DNA wurde bei vielen eng verwandten Arten untersucht und der Ähnlichkeitsgrad beträgt mehr als 90 %. Dies bedeutet, dass die gleiche Art von Mutationen bei verwandten Arten zu erwarten ist.

Das Gesetz findet breite Anwendung in der Pflanzenzüchtung. Wenn man die Art der erblichen Veränderungen bei einigen Sorten kennt, ist es möglich, ähnliche Veränderungen bei verwandten Sorten vorherzusagen, indem man sie mit Mutagenen beeinflusst oder Gentherapie einsetzt. Auf diese Weise können Sie bei ihnen positive Veränderungen herbeiführen.

Modifikationsvariabilität(nach Ch. Darwin – eine gewisse Variabilität) – Dies sind phänotypische Veränderungen unter dem Einfluss von Faktoren äußere Umgebung, die nicht vererbt werden und der Genotyp unverändert bleibt.

Als Veränderungen des Phänotyps unter dem Einfluss von Umweltfaktoren werden genetisch identische Individuen bezeichnet Modifikationen. Als Modifikationen bezeichnet man ansonsten Veränderungen im Ausprägungsgrad eines Merkmals. Das Auftreten von Veränderungen ist darauf zurückzuführen, dass Umweltfaktoren (Temperatur, Licht, Feuchtigkeit usw.) die Aktivität von Enzymen beeinflussen und in gewissen Grenzen den Verlauf biochemischer Reaktionen verändern. Die Modifikationsvariabilität ist im Gegensatz zur Mutationsvariabilität adaptiver Natur.

Beispiele für Modifikationen:

1) Pfeilspitze hat 3 Arten von Blättern, deren Form sich je nach Einwirkung des Umweltfaktors unterscheidet: pfeilförmig, über dem Wasser gelegen, oval – auf der Wasseroberfläche, linear – in Wasser eingetaucht;

2) Beim Himalaya-Kaninchen wächst anstelle des rasierten weißen Fells, wenn es in neue Bedingungen gebracht wird (Temperatur 2 °C), schwarze Wolle;

3) Bei der Verwendung bestimmter Futterarten steigen das Körpergewicht und die Milchleistung der Kühe deutlich an;

4) Maiglöckchenblätter sind auf Lehmböden breit und dunkelgrün und auf kargen Sandböden schmal und von blasser Farbe;

5) Löwenzahnpflanzen, die hoch in die Berge oder in Gebiete mit kaltem Klima gebracht werden, erreichen keine normale Größe und wachsen zu Zwergen.

6) Bei einem zu hohen Kaliumgehalt im Boden nimmt das Pflanzenwachstum zu, und bei viel Eisen im Boden erscheint ein bräunlicher Farbton auf den weißen Blütenblättern.

Modifikationseigenschaften:

1) Veränderungen können bei einer ganzen Gruppe von Individuen auftreten, weil Dabei handelt es sich um Gruppenveränderungen in der Schwere der Symptome;

2) die Änderungen sind angemessen, d.h. entsprechen der Art und Dauer der Einwirkung eines bestimmten Umweltfaktors (Temperatur, Licht, Bodenfeuchtigkeit usw.);

3) Modifikationen bilden eine Variationsreihe und werden daher als quantitative Merkmalsänderungen klassifiziert;

4) Modifikationen sind innerhalb einer Generation, also bei einer Veränderung, reversibel äußere Bedingungen Bei Individuen ändert sich der Grad der Ausprägung von Merkmalen. Bei Kühen kann sich beispielsweise die Milchleistung ändern, beim Menschen können unter dem Einfluss von ultravioletten Strahlen Bräune, Sommersprossen usw. auftreten;

5) Änderungen werden nicht vererbt;

6) Modifikationen sind adaptiver (adaptiver) Natur, d. h. als Reaktion auf sich ändernde Umweltbedingungen weisen Individuen phänotypische Veränderungen auf, die zu ihrem Überleben beitragen. Beispielsweise gewöhnen sich Hausratten an Gifte; Hasen ändern saisonal ihre Farben;

7) werden um den Durchschnittswert gruppiert.

Unter dem Einfluss der äußeren Umgebung verändern sich in stärkerem Maße Länge und Form der Blätter, Höhe, Gewicht usw.

Unter dem Einfluss der Umwelt können sich die Zeichen jedoch in gewissen Grenzen verändern. Reaktionsnorm- das ist die Spitze und untere Grenze, bei dem sich das Merkmal ändern kann. Diese Grenzen, innerhalb derer der Phänotyp variieren kann, werden durch den Genotyp bestimmt. Beispiel 1: Die Milchleistung einer Kuh beträgt 4000–5000 l/Jahr. Dies weist darauf hin, dass es innerhalb dieser Grenzen Schwankungen gibt dieser Eigenschaft, und die Reaktionsgeschwindigkeit beträgt 4000–5000 l/Jahr. Beispiel 2: wenn die Höhe des Stiels große Sorte Hafer variiert zwischen 110 und 130 cm, dann liegt die Reaktionsgeschwindigkeit für dieses Merkmal bei 110–130 cm.

Verschiedene Zeichen haben andere Norm Reaktionen – breit und eng. Große Reaktionsgeschwindigkeit– Blattlänge, Körpergewicht, Milchleistung der Kühe usw. Enge Reaktionsnorm– Fettgehalt der Milch, Farbe von Samen, Blüten, Früchten usw. Quantitative Merkmale haben eine breite Reaktionsgeschwindigkeit, während qualitative Merkmale eine schmale Reaktionsgeschwindigkeit haben.

Statistische Analyse Modifikationsvariabilität am Beispiel der Anzahl der Ährchen in einer Ähre

Da es sich bei einer Modifikation um eine quantitative Änderung eines Merkmals handelt, ist es möglich, eine statistische Analyse der Modifikationsvariabilität durchzuführen und den Durchschnittswert der Modifikationsvariabilität oder Variationsreihen abzuleiten. Variationsreihe Variabilität des Merkmals (d. h. die Anzahl der Ährchen in den Ähren) – Anordnung der Ähren in einer Reihe mit zunehmender Ährchenzahl. Die Variationsreihe besteht aus einzelnen Optionen (Variationen). Wenn man die Anzahl der einzelnen Varianten einer Variationsreihe zählt, erkennt man, dass deren Häufigkeit unterschiedlich ist. Optionen ( Variationen) ist die Anzahl der Ährchen in Weizenähren (ein einzelner Ausdruck des Merkmals). Am häufigsten werden die durchschnittlichen Indikatoren der Variationsreihe gefunden (die Anzahl der Ährchen variiert zwischen 14 und 20). Beispielsweise müssen Sie bei 100 Ähren die Häufigkeit des Auftretens bestimmen andere Option. Die Berechnungsergebnisse zeigen, dass Ähren mit einer durchschnittlichen Anzahl von Ährchen (16–18) am häufigsten vorkommen:

Die obere Reihe zeigt die Optionen – vom kleinsten zum größten. Die untere Zeile zeigt die Häufigkeit des Auftretens jeder Option.

Die Verteilung der Varianten in einer Variationsreihe kann anhand einer Grafik visuell dargestellt werden. Der grafische Ausdruck der Variabilität eines Merkmals heißt Variationskurve, das die Grenzen der Variation und die Häufigkeit des Auftretens spezifischer Variationen eines Merkmals widerspiegelt (Abb. 36) .

Reis. 36 . Variationskurve der Anzahl der Ährchen in einer Weizenähre

Um den Durchschnittswert der Modifikationsvariabilität von Weizenähren zu bestimmen, müssen folgende Parameter berücksichtigt werden:

P – Anzahl der Ähren mit einer bestimmten Anzahl Ährchen (Häufigkeit des Auftretens des Merkmals);

n – Gesamtzahl der Varianten der Serie;

V – Anzahl der Ährchen in einer Ähre (Varianten, die eine Variationsreihe bilden);

M – der Durchschnittswert der Modifikationsvariabilität oder das arithmetische Mittel der Variationsreihe von Weizenähren wird durch die Formel bestimmt:

M=–––––––––– (Durchschnittswert der Modifikationsvariabilität)

2x14+7x15+22x16+32x17+24x18+8x19+5x20

M=–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– = 17, 1 .

Durchschnittswert Die Modifikationsvariabilität findet praktische Anwendung bei der Lösung des Problems der Steigerung der Produktivität landwirtschaftlicher Pflanzen und Tiere.

Das vom herausragenden einheimischen Wissenschaftler N.I. Vavilov entdeckte Gesetz ist ein starker Stimulator für die Auswahl neuer Pflanzen- und Tierarten, die für den Menschen nützlich sind. Auch heute noch spielt dieses Muster eine wichtige Rolle in der Studie evolutionäre Prozesse, Entwicklung einer Akklimatisierungsbasis. Die Ergebnisse von Vavilovs Forschung sind auch für die Interpretation verschiedener biogeografischer Phänomene wichtig.

Das Wesen des Gesetzes

Kurz gesagt lautet das Gesetz der homologischen Reihe wie folgt: Die Variabilitätsspektren verwandter Pflanzenarten sind einander ähnlich (oft handelt es sich dabei um eine streng festgelegte Anzahl bestimmter Variationen). Vavilov präsentierte seine Ideen auf dem III. Auswahlkongress, der 1920 in Saratow stattfand. Um die Wirkungsweise des Gesetzes der homologischen Reihen zu demonstrieren, sammelte er den gesamten Satz erblicher Merkmale Kulturpflanzen, stellte sie in einer Tabelle zusammen und verglich die damals bekannten Sorten und Unterarten.

Studium der Pflanzen

Neben Getreide betrachtete Vavilov auch Hülsenfrüchte. In vielen Fällen wurde Parallelität festgestellt. Obwohl jede Familie unterschiedliche phänotypische Merkmale aufwies, hatten sie ihre eigenen Merkmale und Ausdrucksformen. Beispielsweise variierte die Farbe der Samen fast aller Kulturpflanzen von hell bis schwarz. In Kulturpflanzen wurden bis zu mehrere hundert Merkmale gefunden, die von Forschern gut untersucht wurden. Bei anderen, zu dieser Zeit weniger untersuchten oder wilden Verwandten von Kulturpflanzen wurden deutlich weniger Anzeichen beobachtet.

Geografische Zentren der Artenverbreitung

Grundlage für die Entdeckung des Gesetzes der homologischen Reihen war das Material, das Vavilov während seiner Expedition in die Länder Afrika, Asien, Europa und Amerika sammelte. Die erste Annahme, dass es bestimmte geografische Zentren gibt, aus denen biologische Arten stammen, wurde vom Schweizer Wissenschaftler A. Decandolle aufgestellt. Nach seinen Vorstellungen bedeckten diese Arten einst große Gebiete, manchmal ganze Kontinente. Es war jedoch Vavilov, der als Forscher die Vielfalt der Pflanzen auf wissenschaftlicher Grundlage untersuchen konnte. Er verwendete eine Methode namens differenziert. Die gesamte Sammlung, die der Forscher während der Expeditionen zusammengetragen hatte, wurde einer sorgfältigen Analyse mit morphologischen und genetischen Methoden unterzogen. Auf diese Weise konnte der endgültige Konzentrationsbereich der Formen- und Merkmalsvielfalt bestimmt werden.

Pflanzenkarte

Während dieser Reisen ließ sich der Wissenschaftler nicht von der Artenvielfalt verschiedener Pflanzen verwirren. Mit Buntstiften trug er alle Informationen auf Karten ein und übertrug das Material anschließend in eine schematische Form. So konnte er feststellen, dass es auf dem gesamten Planeten nur wenige Zentren kultivierter Pflanzenvielfalt gibt. Der Wissenschaftler zeigte direkt anhand von Karten, wie sich Arten von diesen Zentren in andere geografische Regionen „ausbreiteten“. Einige von ihnen gehen zu kurze Distanz. Andere erobern die ganze Welt, wie es mit Weizen und Erbsen geschah.

Konsequenzen

Nach dem Gesetz der homologischen Variabilität weisen alle genetisch nahe beieinander liegenden Pflanzensorten annähernd gleiche Reihen erblicher Variabilität auf. Gleichzeitig räumte der Wissenschaftler ein, dass auch äußerlich ähnliche Merkmale eine unterschiedliche erbliche Grundlage haben können. In Anbetracht der Tatsache, dass jedes der Gene die Fähigkeit besitzt, zu mutieren verschiedene Richtungen und dass dieser Prozess ohne eine bestimmte Richtung ablaufen kann, ging Vavilov davon aus, dass die Anzahl der Genmutationen bei verwandten Arten ungefähr gleich sein wird. Das Gesetz der homologischen Reihe von N. I. Vavilov spiegelt wider allgemeine Muster Prozesse der Genmutation sowie der Morphogenese verschiedene Organismen. Er ist Hauptgrundlage Studium biologischer Arten.

Vavilov zeigte auch eine Folgerung, die sich aus dem Gesetz der homologischen Reihen ergibt. Das geht so: Die erbliche Variabilität variiert bei fast allen Pflanzenarten parallel. Je näher die Arten beieinander stehen, desto ausgeprägter ist diese Homologie der Merkmale. Mittlerweile wird dieses Gesetz häufig bei der Auswahl von Nutzpflanzen und Tieren angewendet. Die Entdeckung des Gesetzes der homologischen Reihen ist eine der größten Errungenschaften des Wissenschaftlers, die ihm weltweite Berühmtheit einbrachte.

Herkunft der Pflanzen

Der Wissenschaftler entwickelte eine Theorie über den Ursprung von Kulturpflanzen an voneinander entfernten Orten in verschiedenen prähistorischen Epochen Globus. Nach dem Gesetz der homologischen Reihen von Vavilov finden sich ähnliche Variationen in der Variabilität von Merkmalen bei verwandten Pflanzen- und Tierarten. Die Rolle dieses Gesetzes in der Pflanzen- und Tierproduktion kann mit der Rolle verglichen werden, die D. Mendeleevs Periodensystem der Elemente in der Chemie spielt. Anhand seiner Entdeckung kam Vavilov zu dem Schluss, welche Gebiete die Hauptquellen bestimmter Pflanzenarten sind.

Der chinesisch-japanischen Region verdankt die Welt den Ursprung von Reis, Hirse, Nackthafer und vielen Apfelbaumarten. Auch Territorien dieser Region sind der Geburtsort wertvoller Pflaumensorten und orientalischer Kakis.
Kokospalme und Zuckerrohr - Indonesien-Indochina-Zentrum.
Mit dem Gesetz der homologischen Variabilitätsreihe gelang es Vavilov zu beweisen große Bedeutung der Hindustan-Halbinsel bei der Entwicklung der Pflanzenproduktion. In diesen Gebieten wachsen bestimmte Bohnen-, Auberginen- und Gurkenarten.
Traditionell im zentralasiatischen Raum angebaut Walnüsse, Mandeln, Pistazien. Vavilov entdeckte, dass dieses besondere Gebiet die Heimat ist Zwiebeln sowie primäre Karottensorten. Aprikosen wurden schon in der Antike angebaut. Zu den besten der Welt gehören Melonen, die in Zentralasien gezüchtet wurden.
Trauben kamen erstmals in den Mittelmeergebieten vor. Der Evolutionsprozess von Weizen, Flachs, verschiedene Sorten Hafer. Ganz typisch für die mediterrane Flora ist auch der Olivenbaum. Auch der Anbau von Lupine, Klee und Flachs begann hier.
Die Flora des australischen Kontinents brachte der Welt Eukalyptus, Akazie und Baumwolle hervor.
Die afrikanische Region ist der Geburtsort aller Arten von Wassermelonen.
In den europäisch-sibirischen Gebieten wurden Zuckerrüben, sibirische Apfelbäume und Waldtrauben angebaut.
Südamerika ist der Geburtsort der Baumwolle. Im Andengebiet gibt es auch einige Tomatensorten. In den Gebieten des alten Mexiko wuchsen Mais und einige Bohnensorten. Auch der Tabak entstand hier.
In afrikanischen Gebieten Alter Mann Zunächst verwendete er ausschließlich heimische Pflanzenarten. Der Schwarze Kontinent ist der Geburtsort des Kaffees. Weizen kam zum ersten Mal in Äthiopien vor.

Mithilfe des Gesetzes der homologischen Variabilitätsreihe kann ein Wissenschaftler das Ursprungszentrum von Pflanzen anhand von Merkmalen identifizieren, die den Formen von Arten aus einem anderen geografischen Gebiet ähneln. Damit ein großes Zentrum vielfältiger Kulturpflanzen entstehen kann, bedarf es neben der notwendigen Pflanzenvielfalt auch einer landwirtschaftlichen Zivilisation. Das dachte N.I. Vavilov.

Domestizierung von Tieren

Dank der Entdeckung des Gesetzes der homologischen Reihe erblicher Variabilität wurde es möglich, die Orte zu entdecken, an denen Tiere erstmals domestiziert wurden. Es wird angenommen, dass es auf drei Arten geschah. Dies ist die Zusammenführung von Menschen und Tieren; erzwungene Domestizierung junger Menschen; Domestizierung von Erwachsenen. Die Gebiete, in denen Wildtiere domestiziert wurden, liegen vermutlich in den Lebensräumen ihrer wilden Verwandten.

Zähmung in verschiedenen Epochen

Es wird angenommen, dass der Hund im Mesolithikum domestiziert wurde. Bereits in der Jungsteinzeit begann man mit der Zucht von Schweinen und Ziegen, wenig später wurden auch Wildpferde gezähmt. Allerdings ist die Frage, wer die Vorfahren der modernen Haustiere waren, noch nicht klar genug. Es wird angenommen, dass die Vorfahren der Rinder Auerochsen, Pferde – Tarpans und Przewalski-Pferde – und die Hausgans – die wilde Graugans – waren. Nun kann der Prozess der Domestizierung von Tieren nicht als abgeschlossen bezeichnet werden. Beispielsweise befinden sich Polarfüchse und Wildfüchse im Prozess der Domestizierung.

Die Bedeutung des Gesetzes der homologischen Reihen

Mit Hilfe dieses Gesetzes ist es nicht nur möglich, die Herkunft bestimmter Pflanzenarten und die Domestikationszentren von Tieren festzustellen. Es ermöglicht Ihnen, das Auftreten von Mutationen vorherzusagen, indem Sie Mutationsmuster anderer Typen vergleichen. Mit diesem Gesetz ist es auch möglich, die Variabilität eines Merkmals und die Möglichkeit des Auftretens neuer Mutationen in Analogie zu den genetischen Abweichungen vorherzusagen, die bei anderen mit einer bestimmten Pflanze verwandten Arten gefunden wurden.

Gesetz der homologischen Reihe

Die Verarbeitung umfangreicher Beobachtungs- und Versuchsmaterialien, eine detaillierte Untersuchung der Variabilität zahlreicher linnäischer Arten (Linneons) und eine Vielzahl neuer Fakten, die hauptsächlich aus der Untersuchung von Kulturpflanzen und ihren wilden Verwandten stammen, ermöglichten es N.I. Vavilov fasste alle bekannten Beispiele paralleler Variabilität zusammen und formulierte ein allgemeines Gesetz, das er „Das Gesetz der homologen Reihe in der hereditären Variation“ (1920) nannte und über das er auf dem Dritten Allrussischen Züchterkongress in Saratow berichtete. Im Jahr 1921 N.I. Vavilov wurde nach Amerika zum Internationalen Landwirtschaftskongress geschickt, wo er einen Vortrag über das Gesetz der homologischen Reihen hielt. Das von N.I. aufgestellte Gesetz der parallelen Variabilität nahe stehender Gattungen und Arten. Vavilov und die mit einem gemeinsamen Ursprung verbundene Entwicklung der Evolutionslehren von Charles Darwin wurden von der Weltwissenschaft geschätzt. Es wurde von den Zuhörern als das größte Ereignis der Welt wahrgenommen biologische Wissenschaft, was der Praxis die weitesten Horizonte eröffnet.

Das Gesetz der homologen Reihen bildet zunächst die Grundlage für die Systematik der enormen Vielfalt an Pflanzenformen, an denen die organische Welt so reich ist, und ermöglicht es dem Züchter, sich eine klare Vorstellung von der Stellung jeder einzelnen Pflanze zu machen, sogar der kleinste, systematische Einheit in der Pflanzenwelt und beurteilen Sie die mögliche Vielfalt des Ausgangsmaterials für die Auswahl.

Die wichtigsten Bestimmungen des Gesetzes der homologischen Reihen sind wie folgt.

„1. Arten und Gattungen, die genetisch nahe beieinander liegen, zeichnen sich durch ähnliche Reihen erblicher Variabilität mit einer solchen Regelmäßigkeit aus, dass man bei Kenntnis der Formenreihe innerhalb einer Art das Vorhandensein paralleler Formen in anderen Arten und Gattungen vorhersagen kann. Je näher sie genetisch liegen gemeinsames System Gattungen und Linneonen, desto vollständiger ist die Ähnlichkeit in den Reihen ihrer Variabilität.

2. Ganze Pflanzenfamilien sind im Allgemeinen durch einen bestimmten Variabilitätszyklus gekennzeichnet, der sich durch alle Gattungen und Arten zieht, aus denen die Familien bestehen.“

Sogar auf dem III. Allrussischen Auswahlkongress (Saratow, Juni 1920), wo N.I. Vavilov erstmals über seine Entdeckung berichtete, erkannten alle Kongressteilnehmer, dass „wie das Periodensystem (Periodensystem)“ das Gesetz der homologischen Reihen es ermöglichen wird, die Existenz, Eigenschaften und Struktur noch unbekannter Formen und Arten von Pflanzen und Pflanzen vorherzusagen Tiere und schätzten die wissenschaftliche und praktische Bedeutung dieses Gesetzes sehr. Moderne Fortschritte in der molekularen Zellbiologie ermöglichen es, den Mechanismus der Existenz homologischer Variabilität in nahen Organismen zu verstehen – worauf genau die Ähnlichkeit zukünftiger Formen und Arten mit bestehenden beruht – und neue Pflanzenformen, die dies nicht tun, sinnvoll zu synthetisieren existieren in der Natur. Jetzt wird das Gesetz von Vavilov um neue Inhalte erweitert, genau wie das Erscheinungsbild Quantentheorie gab Mendelejews Periodensystem einen neuen, tieferen Inhalt.

Die Lehre von den Ursprungszentren der Kulturpflanzen

Bereits Mitte der 20er Jahre wurde die von N.I. durchgeführte Untersuchung der geografischen Verbreitung und intraspezifischen Vielfalt verschiedener landwirtschaftlicher Nutzpflanzen durchgeführt. Vavilov und unter seiner Führung ermöglichten es Nikolai Iwanowitsch, Vorstellungen über die geografischen Herkunftszentren von Kulturpflanzen zu formulieren. Das Buch „Herkunftszentren der Kulturpflanzen“ erschien 1926. Die tief theoretisch fundierte Idee der Herkunftszentren lieferte eine wissenschaftliche Grundlage für die gezielte Suche nach für den Menschen nützlichen Pflanzen und fand breite praktische Anwendung.

Von nicht geringerer Bedeutung für die Weltwissenschaft sind die Lehren von N. I. Vavilov über die Herkunftszentren von Kulturpflanzen und über die geografischen Muster in der Verteilung ihrer erblichen Merkmale (erstmals 1926 und 1927 veröffentlicht). In diesen klassischen Werken N.I. Vavilov war der erste, der ein zusammenhängendes Bild der Konzentration eines riesigen Formenreichtums von Kulturpflanzen in wenigen primären Ursprungszentren präsentierte und sich der Frage nach der Herkunft von Kulturpflanzen auf völlig neue Weise näherte. Wenn vor ihm Botaniker-Geographen (Alphonse De-Candolle und andere) nach der „allgemeinen“ Heimat des Weizens suchten, dann suchte Vavilov nach Ursprungszentren einzelne Arten, Gruppen von Weizenarten in verschiedenen Regionen der Welt. In diesem Fall war es besonders wichtig, Gebiete der natürlichen Verbreitung (Gebiete) von Sorten einer bestimmten Art zu identifizieren und das Zentrum der größten Vielfalt ihrer Formen zu bestimmen (botanisch-geografische Methode).

Um die geografische Verteilung von Sorten und Rassen von Kulturpflanzen und ihren wilden Verwandten zu ermitteln, hat N.I. Vavilov studierte die Zentren der alten Agrarkultur, deren Beginn er in den Bergregionen Äthiopiens, West- und Zentralasiens, Chinas, Indiens, in den Anden Südamerikas und nicht in den breiten Tälern großer Flüsse – dem Nil – sah , Ganges, Tigris und Euphrat, wie Wissenschaftler zuvor behauptet hatten. Die Ergebnisse späterer archäologischer Forschungen bestätigen diese Hypothese.

Um Zentren der Vielfalt und des Reichtums pflanzlicher Formen zu finden, hat N.I. Vavilov organisierte zahlreiche Expeditionen nach einem spezifischen Plan, der seinen theoretischen Entdeckungen (homologe Reihen und Ursprungszentren von Kulturpflanzen) entsprach und in den Jahren 1922–1933 stattfand. besuchte 60 Länder der Welt sowie 140 Regionen unseres Landes. Dadurch entsteht ein wertvoller Fundus von globalem Pflanzenressourcen, mit über 250.000 Proben. Die umfangreichste gesammelte Sammlung wurde sorgfältig anhand von Selektionsmethoden, Genetik, Chemie, Morphologie, Taxonomie und geografischen Nutzpflanzen untersucht. Es ist immer noch im VIR gespeichert und wird von unseren und ausländischen Züchtern verwendet.

Gründung von N.I. Vavilov moderne Selektionslehre

Die systematische Untersuchung der weltweiten Pflanzenressourcen der wichtigsten Kulturpflanzen hat die Idee der Sorten- und Sortenvielfalt radikal verändert Artenzusammensetzung sogar so gut untersuchte Nutzpflanzen wie Weizen, Roggen, Mais, Baumwolle, Erbsen, Flachs und Kartoffeln. Von den von Expeditionen mitgebrachten Arten und vielen Sorten dieser Kulturpflanzen erwies sich fast die Hälfte als neu und der Wissenschaft noch nicht bekannt. Die Entdeckung neuer Kartoffelarten und -sorten hat das bisherige Verständnis des Ausgangsmaterials für ihre Auswahl völlig verändert. Basierend auf Material, das von Expeditionen von N.I. gesammelt wurde. Vavilov und seine Mitarbeiter gründeten die gesamte Baumwollauswahl und bauten die Entwicklung der feuchten Subtropen in der UdSSR auf.

Basierend auf den Ergebnissen einer detaillierten und langfristigen Untersuchung des von den Expeditionen gesammelten Sortenreichtums wurden Differenzkarten der geografischen Lokalisierung von Sorten von Weizen, Hafer, Gerste, Roggen, Mais, Hirse, Flachs, Erbsen, Linsen, Bohnen, Es wurden Bohnen, Kichererbsen, Kichererbsen, Kartoffeln und andere Pflanzen zusammengestellt. Auf diesen Karten konnte man sehen, wo sich die Hauptsortenvielfalt der genannten Pflanzen konzentriert, d. h. wo das Ausgangsmaterial für die Auswahl einer bestimmten Kultur gewonnen werden sollte. Selbst für so alte Pflanzen wie Weizen, Gerste, Mais und Baumwolle, die sich seit langem auf der ganzen Welt verbreitet hatten, war es möglich, die Hauptgebiete des primären Artenpotenzials mit großer Genauigkeit zu bestimmen. Darüber hinaus wurde festgestellt, dass die Bereiche der Primärbildung bei vielen Arten und sogar Gattungen übereinstimmten. Geografische Studien haben zur Etablierung ganzer kulturell unabhängiger Floras geführt, die für einzelne Regionen spezifisch sind.

Das Studium der Pflanzenressourcen der Welt ermöglichte es N.I. Vavilov beherrschte das Ausgangsmaterial für die Zuchtarbeit in unserem Land vollständig und stellte und löste das Problem des Ausgangsmaterials für die genetische und Selektionsforschung neu. Er entwickelte die wissenschaftlichen Grundlagen der Selektion: die Lehre vom Ausgangsmaterial, die botanischen und geografischen Grundlagen des Pflanzenwissens, Selektionsmethoden für wirtschaftliche Merkmale einschließlich Hybridisierung, Inkubation usw., die Bedeutung der entfernten interspezifischen und intergenerischen Hybridisierung. Alle diese Werke haben bis heute ihre wissenschaftliche und praktische Bedeutung nicht verloren.

Die botanische und geografische Untersuchung einer großen Anzahl von Kulturpflanzen führte zur intraspezifischen Taxonomie von Kulturpflanzen, was zu den Arbeiten von N.I. führte. Vavilov „Linnäische Arten als System“ und „Die Lehre vom Ursprung der Kulturpflanzen nach Darwin.“

Beim Vergleich der Eigenschaften verschiedener Kulturpflanzensorten und ihnen nahestehender Sorten Wildarten M. I. Vavilov entdeckte viele häufige erbliche Veränderungen. Dies ermöglichte ihm 1920 die Formulierung Gesetz der homologischen Reihe in der erblichen Variabilität: Genetisch nahestehende Arten und Gattungen zeichnen sich durch ähnliche Reihen erblicher Variabilität mit einer solchen Regelmäßigkeit aus, dass man, nachdem man mehrere Formen innerhalb einer Art oder Gattung untersucht hat, das Vorhandensein von Formen mit annehmen kann ähnliche Kombinationen Merkmale innerhalb eng verwandter Arten oder Gattungen.

Beispiele zur Veranschaulichung dieses Musters sind: bei Weizen, Gerste und Hafer gibt es weiße, rote und schwarze Ährenfarben; bei Getreide sind Formen mit langen und kurzen Grannen etc. bekannt. M. I. Vavilov wies darauf hin, dass homologe Serien oft über die Grenzen von Gattungen und sogar Familien hinausgehen. Kurzfüßigkeit wurde bei Vertretern vieler Säugetiere beobachtet: Rinder, Schafe, Hunde, Menschen. Albinismus wird bei allen Wirbeltierklassen beobachtet.

Das Gesetz der homologischen Reihe ermöglicht es uns, die Möglichkeit des Auftretens von Mutationen vorherzusehen, die der Wissenschaft noch unbekannt sind und die in der Züchtung genutzt werden können, um neue, für die Wirtschaft wertvolle Formen zu schaffen. Als 1920 das Gesetz der homologischen Reihen formuliert wurde, war die Winterform des Hartweizens noch nicht bekannt, ihre Existenz wurde jedoch vorhergesehen. Einige Jahre später wurde eine solche Form in Turkmenistan entdeckt. Bei Getreide (Weizen, Gerste, Hafer, Mais) gibt es Nackt- und Filmkörner. Die Nackthirse war nicht bekannt, aber die Existenz einer solchen Form war zu erwarten und wurde gefunden. Homologe Serien basieren auf phänotypischer Ähnlichkeit, die sowohl durch die Wirkung identischer Allele desselben Gens als auch durch die Wirkung verschiedener Gene entsteht, die ähnliche Ketten aufeinanderfolgender biochemischer Reaktionen im Körper bestimmen.

Das Gesetz der homologischen Reihen liefert den Schlüssel zum Verständnis der Entwicklung verwandter Gruppen, erleichtert die Suche nach erblichen Abweichungen für die Selektion und ermöglicht in der Systematik das Auffinden neuer erwarteter Formen. Das Gesetz betrifft direkt die Erforschung menschlicher Erbkrankheiten. Fragen der Behandlung und Vorbeugung von Erbkrankheiten können ohne Forschung an Tieren mit erblichen Anomalien, die denen beim Menschen ähneln, nicht gelöst werden. Nach dem Gesetz M. I. Vavilova können Phänotypen, die erblichen menschlichen Krankheiten ähneln, auch bei Tieren gefunden werden. Tatsächlich können viele bei Tieren festgestellte pathologische Zustände Modelle für erbliche menschliche Krankheiten sein. Bei Hunden gibt es also Hämophilie, die mit dem Geschlecht zusammenhängt. Albinismus wurde bei vielen Nagetierarten, Katzen, Hunden und einer Reihe von Vögeln festgestellt. Zur Untersuchung der Muskeldystrophie werden große Mäuse verwendet Vieh, Pferde, Epilepsie - Kaninchen, Ratten, Mäuse. Erblich bedingte Taubheit kommt bei Meerschweinchen, Mäusen und Hunden vor. Defekte in der Struktur des menschlichen Gesichts, die der „Lippenspalte“ und der „Gaumenspalte“ homolog sind, werden im Gesichtsteil des Schädels von Mäusen, Hunden und Schweinen beobachtet. Erbkrankheiten Stoffwechselerkrankungen wie Fettleibigkeit und Diabetes mellitus betreffen Mäuse. Zusätzlich zu den bereits bekannten Mutationen können durch die Einwirkung mutagener Faktoren bei Labortieren viele neue Anomalien entstehen, die denen beim Menschen ähneln.

Aktivitäten von N. I. Vavilov

Der herausragende sowjetische Genetiker Nikolai Iwanowitsch Wawilow leistete einen großen Beitrag zur Entwicklung der Hauswissenschaft. Unter seiner Führung entstand eine ganze Galaxie prominenter einheimischer Wissenschaftler. Die von N. I. Vavilov und seinen Studenten durchgeführten Forschungen ermöglichten es der Agrarwissenschaft, neue Methoden zur Suche nach Wildpflanzenarten als Ausgangsmaterial für die Selektion zu beherrschen, und legten die theoretischen Grundlagen der sowjetischen Selektion.

Hinweis 1

Bezogen auf riesige Menge Basierend auf dem gesammelten Sammlungsmaterial wurde die Lehre von den Herkunftszentren der Kulturpflanzen formuliert. Und die von Vavilov und seinen Mitarbeitern gesammelten Samenproben sorgten für Aufsehen genetische Forschung und Zuchtarbeit.

Dank der Analyse der gesammelten Materialien wurde das berühmte Gesetz der homologischen Reihen formuliert.

Das Wesen des Gesetzes der homologischen Reihe erblicher Variabilität

Im Laufe seiner langjährigen Forschung zu wilden und kultivierten Vegetationsformen auf fünf Kontinenten hat N.I. Vavilov kam zu dem Schluss, dass die Variabilität von Arten und Gattungen ähnlicher Herkunft auf ähnliche Weise erfolgt. Dabei werden sogenannte Variabilitätsreihen gebildet. Diese Variabilitätsreihen sind so regelmäßig, dass man, wenn man eine Reihe von Merkmalen und Formen innerhalb einer Art kennt, das Vorhandensein dieser Eigenschaften bei anderen Arten und Gattungen vorhersagen kann. Je enger die Beziehung, desto vollständiger ist die Ähnlichkeit in der Variabilitätsreihe.

Bei Wassermelonen, Kürbissen und Melonen kann die Form der Frucht beispielsweise oval, rund, kugelförmig oder zylindrisch sein. Die Farbe der Frucht kann hell, dunkel, gestreift oder gefleckt sein. Die Blätter aller drei Pflanzenarten können ganzrandig oder tief eingeschnitten sein.

Wenn wir Getreide betrachten, dann sind von den 38 $ untersuchten Merkmalen, die für Getreide charakteristisch sind:

37 $ wurden in Roggen und Weizen gefunden,
für Gerste und Hafer - 35$,
für Mais und Reis – 32 $,
für Hirse – 27 $.

Die Kenntnis dieser Muster ermöglicht es uns, die Manifestation bestimmter Merkmale in bestimmten Pflanzen vorherzusagen. Am Beispiel der Ausprägung dieser Merkmale bei anderen verwandten Pflanzen.

In der modernen Interpretation lautet die Formulierung dieses Gesetzes der homologischen Reihe erblicher Variabilität wie folgt:

„Verwandte Arten, Gattungen und Familien haben homologe Gene und Genreihenfolgen in den Chromosomen, deren Ähnlichkeit umso vollständiger ist, je näher die verglichenen Taxa evolutionär nahe beieinander liegen.“

Vavilov hat dieses Muster für Pflanzen etabliert. Spätere Studien zeigten jedoch, dass das Gesetz universell ist.

Genetische Grundlage des Gesetzes der homologischen Vererbungsreihe

Die genetische Grundlage des oben genannten Gesetzes ist die Tatsache, dass eng verwandte Organismen unter ähnlichen Bedingungen gleichermaßen auf Umweltfaktoren reagieren können. Und ihre biochemischen Prozesse laufen ungefähr gleich ab. Dieses Muster lässt sich wie folgt formulieren:

„Der Grad der historischen Gemeinsamkeit zwischen Organismen ist direkt proportional zur Anzahl gemeinsamer Gene zwischen den verglichenen Gruppen.“

Da der Genotyp eng verwandter Organismen ähnlich ist, können die Veränderungen dieser Gene bei Mutationen ähnlich sein. Äußerlich (phänotypisch) manifestiert sich dies als das gleiche Variabilitätsmuster bei eng verwandten Arten, Gattungen usw.

Die Bedeutung des Gesetzes der homologischen Vererbungsreihe

Das Gesetz der homologischen Reihe hat großer Wert sowohl für die Entwicklung der theoretischen Wissenschaft als auch für praktische Anwendung in der landwirtschaftlichen Produktion. Es liefert den Schlüssel zum Verständnis der Richtung und Wege der Evolution verwandter Gruppen lebender Organismen. In der darauf basierenden Züchtung planen sie, neue Pflanzensorten und Haustierrassen mit bestimmten Merkmalen zu schaffen, basierend auf der Untersuchung der erblichen Variabilität verwandter Arten.

In der Taxonomie von Organismen ermöglicht uns dieses Gesetz, neue erwartete Formen von Organismen (Arten, Gattungen, Familien) mit einem bestimmten Satz von Merkmalen zu finden, sofern ein ähnlicher Satz in verwandten systematischen Gruppen gefunden wurde.