Муха дрозофила. Образ жизни и среда обитания мухи дрозофила

От мух дрозофил страдают многие. Их присутствие сильно раздражает, хоть насекомые не являются переносчиками серьёзных болезней, не портят мебель и продукты. Мушка дрозофила любит питаться недоеденными кусочками пищи. Стоит оставить их где-то, тут же собирается целая стая. Поэтому некоторые люди хотят избавиться от насекомых быстрее, так как им не место в жилище.

Какое внешнее строение и окрас

Плодовая мушка дрозофила в длину не превышает 3 мм. На голове расположены глаза, имеющие красный цвет. Хитиновые щетинки и пластинки участвуют в полёте. Голова имеет форму шара. Так как мух можно отнести к отряду Двукрылые, у них передние пары крыльев мембранозной формы.

Окрас туловища жёлто-коричневый, имеются полоски чёрного цвета. Если сравнивать муху по полу, будут заметны отличия. А именно:

• самцы меньше, чем самки;
• самцы имеют полностью чёрный кончик брюшка, поэтому можно с лёгкостью определить пол при помощи лупы;
• у самок брюшко выполнено в форме круга, а конец заострённый, а особи мужского пола имеют цилиндр, а конец притупленный;
• у самцов на передних конечностях половой гребешок.

Происхождение вида и описание

Фото: Муха дрозофила

Муха дрозофила может завестись в любом доме, а на овощных или фруктовых складах, в магазинах она и вовсе является постоянным обитателем. Это животное знакомо любому огороднику и садоводу. Такая муха является довольно назойливой, от нее крайне сложно избавиться. Несмотря на это, дрозофилы очень ценятся учеными. Они являются уникальным научным материалом. На этом животном сегодня ставят различные эксперименты и научные опыты.

Видео: Муха дрозофила

Муху дрозофилу называют по-разному: дрозофила малая, плодовая муха, фруктовая мошка, дрозофила обыкновенная. На латинском название звучит как Drosophila melanogaster. Это насекомое с двумя крыльями, разновидность мошки, принадлежащей к роду дрозофил. Дрозофилы относятся к большому семейству плодовых мушек.

Интересный факт: Дрозофилы имеют множество разных названий и прозвищ. В народе этих насекомых называют винной или уксусной мушкой. Это связано с тем, что они очень быстро обнаруживают источник кислого фруктового запаха. Поэтому таких животных много на различных заводах и комбинатах по производству соков, изготовлению вина.

Сегодня существует довольно много разновидностей дрозофил. Ученые насчитывают более тысячи видов. Большая часть разновидностей проживает в субтропическом и тропическом климате. В частности, на одних Гавайских островах живет больше трехсот видов такого насекомого. На территории Российской Федерации наиболее распространен один вид мушек – нелетающая дрозофила.

Мухе дрозофиле характерны следующие особенности:

• рацион питания, состоящий из продуктов брожения;
• высокая чувствительность к кислым ароматам;
• плодовитость – одна самка на протяжении своей жизни способна отложить несколько сотен яиц;
• наличие явных визуальных отличий между самками и самцами.

Какие особенности жизненного цикла

Если условия благоприятные, из яйца выходит личинка через сутки после того, как особь женского пола сделает кладку. Они вырастают за 5 дней, линька происходит дважды – через сутки после вылупления и спустя 48 часов. Яйца и личинки могут существовать в полужидкой сфере, потому что муха откладывает их в сгнившие плоды.

Сначала личинки плавают на поверхности, а перед окукливанием опускаются в глубину. В активный период жизни питаются веществами фруктов. Спустя 5 дней личинка превращается в куколку. Ещё через 5 суток появляется взрослая особь.

Сколько живут

Чтобы понять, сколько живут дрозофилы, необходимо изучить их жизненный цикл. Взрослая особь часто откладывает яйца в гниющие фрукты.

При средней температуре окружающей среды +25 градусов в течение 10 дней яйца достигают стадии имаго. При температуре ниже +18 градусов развитие личинки замедляется в 2 раза.

Средний жизненный цикл дрозофилы составляет 1 – 2 месяца. Продолжительность жизни зависит от внешнего фактора (условий окружающей среды). При высоком температурном режиме длительность жизни мухи может составлять менее 1 месяца.

За время существования самки производят в среднем 400 кладок яиц размером 0,5 мм. При неблагоприятных условиях окружающей среды количество яиц значительно меньше. Однако чем короче жизненный цикл мух, тем больше потомства они стараются произвести.

Какие особенности генома

Для науки мухи интересны. Их соматические клетки содержат 8 хромосом. Из-за этого мутация большое разнообразие. Мухи больше всех изучаются в мире. Широко используется насекомое в генетике, чтобы рассматривать влияние разных препаратов.

Читайтепо теме:

Причины и способы устранения антрактоза

14.11.2020

Почему появляются признаки вершинной гнили на томатах

14.11.2020

Признаки вертициллеза и способы устранения грибка

14.11.2020

Способы ловли хорьков на участке

20.06.2019

Учёными было доказано, что во время воздействия вирусов людей на мушку, в 61% случаев реакция такая же, как и у человека.

Поведенческая генетика

Молекулярный биолог Сеймур Бензер и его коллега Рон Конопка в 70-х годах прошлого столетия опубликовали совместную работу «Часы мутантов дрозофил». В своем труде ученые описали мутацию в первые часы жизни, которая влияла на поведение насекомого.

В отличие от животных, ритм жизни дрозофил сильно отличался. Они могли активно двигаться или отдыхать в любой интервал времени. Исследования проводились на протяжении 28 лет. За столь продолжительный период биологи доказали, что мутация затрагивает гены, отвечающие за молекулярные и биохимические часы. «Часовые» клетки, влияющие на активность вредителя, расположены в центральном мозге насекомого.

Откуда берется вредитель

Откладывание яиц происходит на продуктах. Кладка не является редкостью летом, так как яйца стойки ко всем изменениям температуры. Удваивание по количеству происходит с большой скоростью, поэтому если не предпринимать методы избавления от них, в квартире будет огромное количество насекомых. Вредитель может появиться в квартире из-за причин:

• совместно с овощами и фруктами, например, человек купил их в супермаркете или собрал свой урожай, а личинки уже проникли внутрь продуктов питания;
• в доме часто открыты окна, причём на них нет противомоскитных сеток;
• проникновение вместе с грунтом, который был взят с улицы;
• проникли в дом совместно с питомцами, которые периодически гуляют на улице.

Мушки настолько маленькие, что заметить их на животном или продуктах питания трудно.

В определённых условиях количество мушек дрозофилов быстро увеличивается. А именно:

1. Отсутствие уборки в помещении.
2. Грязная посуда. Например, если человек не сразу её моет и оставляет на долгое время.
3. Наличие старой заварки в чайнике.
4. Недопитые жидкости – сок, газированные напитки.
5. Недостаточный уход за домашними растениями. К примеру, если человек постоянно поливает цветок, а в нём уже присутствует большое количество влаги.
6. Помещение в горшок заварку. Некоторые используют такой метод для подкармливания. В дальнейшем происходит загнивание и это ведёт к появлению вредителей.
7. Остатки пищи.
8. Хранение продуктов питания не в холодильных условиях.
9. Надолго оставленное полное мусорное ведро.

Питание мухи дрозофилы

Питаются эти виды мух разнообразными овощами и фруктами, высасывают сок из деревьев, но самым любимым их лакомством являются испорченные фрукты. Но всё зависит от вида мухи.

К примеру, у плодовых мушек отсутствует строго специализированное строение ротового аппарата, поэтому они могут употреблять свободные жидкости разнообразного генезиса:

• сок растений;
• сахаристая жидкость;
• разлагающиеся ткани как растительного, так и животного происхождения;
• выделения из глаз, ран, подмышек различных животных;
• мочу и кал животных.

Поэтому, чтобы избежать появления в вашем доме этого вида мух нужно тщательно следить за чистотой, особенно если в жилище присутствуют домашние питомцы.

Какие есть интересные факты, связанные с насекомым

Существует множество фактов про мушку дрозофилу. А именно:

1. В глазу содержатся мелкие оптические единицы, их около 760. 1 называется оммадиев. Он содержит 8 рецепторов, которые реагируют на освещённость. К примеру, когда свет яркий, они гасят его, а в случае слабого – усиливают. За счёт свойства муха отлично видит в любых погодных условиях. Если сравнивать с другими насекомыми, зрение дрозофила считается самым развитым.
2. За полёт муха может совершить до 220 взмахов крыльями. Данный показатель является самым высоким по сравнению с другими насекомыми. Однако муху не слышно из-за особой формы крыльев.
3. Насекомые не вредны самому человеку.

Особенности характера и образа жизни

Фото: Муха дрозофила в природе

Фруктовые дрозофилы – назойливые, суетливые насекомые. Продолжительность их жизни невелика, поэтому эти мошки спешат оставить после себя потомство как можно скорее. Живут винные мошки везде, где присутствуют фрукты, овощи, их остатки, вино, джем и другие продукты питания. Вся жизнь данных животных проходит в квартирах, частных домах, в винных хранилищах, на различных складах и в магазинах.

Муха дрозофила обладает высокой чувствительностью к забродившим продуктам. Если где-то такие появились, то уже в самое ближайшее время стоит ожидать образования целого роя надоедливых мошек. При этом мухи живут и размножаются независимо от времени года. Помимо уксуса, фруктовых кислот, продуктов гниения, этих насекомых привлекает высокая влажность. Они часто селятся в цветочных горшках, в цветах на улице и в некоторых декоративных культурах. Причиной появления мошек является чрезмерный полив растений.

Интересный факт: Дрозофилы приносят не только вред, но и огромную пользу людям. Они часто применяются в различных исследованиях. Например, с их помощью моделируют некоторые человеческие заболевания. В ходе таких исследований было найдено около 61% соответствий между заболеваниями и генетическим кодом насекомого.

Ритм активности мух дрозофил в природных условиях составляет с периодом около двадцати четырех часов. Однако учеными находились мошки с произвольным ритмом жизни – они двигались, ели и отдыхали через абсолютно разные промежутки времени. Живут мошки совсем недолго – не больше двадцати дней. Продолжительность их жизни зависит от многих факторов: температура окружающей среды, питание, разновидность насекомого, уровень влажности.

Какой вред от насекомого

Мухи не опасны для самого человека. Но при их появлении люди начинают нервничать. Хотя мушки дрозофилы не переносят никаких серьёзных заболеваний, не кусаются. Максимальный возможный вред от их присутствия – это расстройство желудочно-кишечного тракта. Но постоянное нахождение мух в поле зрения раздражает. Они могут поедать фрукты и овощи в доме, то есть делают пищу непривлекательной. А также ползают по тарелкам и на всей жилой площади.

Вывести дрозофил не сложно, но делать это нужно вовремя.

Виды мухи дрозофилы

На сегодняшний день насчитывается 1529 видов мух из семейства дрозофил. Некоторые из них представлены ниже.

1. Дрозофила чёрная. Является наиболее изученной из всего семейства этих мух. Имеет желтый или бурый окрас. Глаза – ярко-красные. Размеры тела находятся в диапазоне от 2 до 3 миллиметров.

Личинки мухи дрозофилы этого вида белые, но мере возрастания меняют свой окрас. У самок на брюхе расположены тёмные полоски, а у самцов одно тёмное пятно. В течение жизни самка в состоянии отложить около 300 яиц.

На фото дрозофила чёрная

2. Дрозофила плодовая. Питаются в основном соком из плодовых растений, личинки едят микроорганизмы. Размеры грудной клетки варьируются от 2,5 до 3,5 миллиметров. Размах крыльев составляет 5–6 миллиметров. Центральная часть спины имеет желтовато-бурый окрас, брюхо – жёлтое с бурыми вкраплениями грудь – буровато-жёлтая или полностью жёлтая.

Глаза – ярко-красные. У самцов этого вида внизу крыльев находиться маленькое чёрное пятно. Развитие особи происходит в период от 9 до 27 суток, в течение одного сезона года произрастает около 13 поколений. Самки этого вида гораздо крупнее самцов.

На фото дрозофила плодовая

3. Дрозофила не летающая. Среди других особей выделяют неспособностью к полётам, поскольку имеют недостаточно развитые крылья, способны передвигаться ползком или прыжками. Этот вид был получен не природным путём, а в результате скрещивания мух дрозофил других видов.

Выделяется более крупными размерами, около 3 миллиметров и более длительным жизненным циклом – может достигать 1 месяца. Питаются гниющими фруктами и овощами.

На фото дрозофила не летающая

4. Дрозофила большая. Обитают в помещениях, где много гниющих фруктов, соком из которых они и питаются. Имеет размеры от 3 до 4 миллиметров. Окрас светло или темно-бурый. Окрас головы – желтовато-бурый.

На фото дрозофила большая

Срок жизнедеятельности немного больше одного месяца. Самки в процессе жизнедеятельности способны отложить от 100 до 150 яиц. Этот вид дрозофил можно встретить круглогодично. Именно изучению вышеуказанных видов мух учёные уделили гораздо больше времени.

Какие меры борьбы

Не следует сразу же бежать в магазин за бытовой химией. Мухи исчезнуть, если пересмотреть некоторые моменты. Чаще всего они появляются и размножаются по вине хозяев жилища. Основные правила для борьбы:

• найти место максимального скопления вредителей;
• убрать условия для нормального обитания, например, выкинуть мусор или продукты, вымыть посуду и так далее;
• если удалось выловить мушек, то уничтожить их;
• задуматься о профилактике.

Ловушки

Дезинсекторы не рекомендуют сразу же использовать химические вещества. Можно изготовить ловушку самостоятельно. Это сделать несложно и быстро. Популярные виды ловушек представлены в таблице.

Народные методы

Существуют народные средства, которые отпугивают вредителей. А именно:

• камфора;
• аромалампа с маслами, а особенно мухи не любят запах хвои, лаванды, цитрусовых;
• сухие растения – лаванда, пижма, полынь;
• свечи с хвоей.

Аэрозоли

Если все перечисленные методы не эффективны, для борьбы с дрозофилами в квартире, допускается использование таких средств, как аэрозоли. Способ помогает при наличии большого количества мух. Подойдут те аэрозоли, которые используют от других вредителей. Эффективным будет применение Дихлофоса, Комбата, Раптора.

Прежде чем распылять средство от дрозофил, необходимо надеть защитный костюм, обеспечить закрытие всех окон и дверей. Питомцы и дети не должны находиться в жилище. После распыления руки следует тщательно вымыть с мылом. Так как аэрозоли действуют на человека, необходимо на время удалиться из помещения.

Внимание! В инструкции к применению средства указано время, через которое нужно открыть окна в помещении.

Как бороться с плодовыми мушками?

Борьбу с дрозофилами надо начинать с устранения привлекающего их источника. Уборка на кухне, правильное хранение продуктов, вынос мусора – вот обязательные первые шаги. После этого можно заняться непосредственно уничтожением насекомых. Для этого применяются:

• ловушки (покупные и самодельные);
• репелленты (особенно эффективны ароматы лаванды, мяты, эвкалипта, лемонграсса);
• выкуривание камфорой;
• инсектицидные препараты;
• фумигаторы;
• народные средства (специи, томатная ботва, нашатырный спирт, скипидар).

Лучше всего использовать сразу несколько средств, это поможет гораздо быстрее справиться с мошками.

Какая профилактика

При помощи мер профилактики можно предупредить проникновение мушек дрозофилов в жилище. Необходимо поддерживать чистоту в доме, хранить продукты питания в холодильнике. Другие правила:

• своевременно мыть посуду;
• выкидывать мусор;
• отжимать тряпки;

• убирать испортившиеся и погнившие продукты;
• своевременно ухаживать за растениями;
• при наличии домашних животных убирать за ними – чистить лоток и миски для еды.

Дрозофилки не вредят самому человеку. Но при виде них у людей появляется стресс. В случае проникновения мух в доме не нужно откладывать борьбу с ними. А лучше предупредить их появление, соблюдая меры профилактики.

Как предотвратить появление плодовых мошек в доме?

Защитить свой дом от появления, а главное, распространения дрозофил не так сложно.

Мытье ягод

Достаточно соблюдать некоторые правила:

• как следует мыть собранные в саду или купленные фрукты, ягоды, овощи;
• хранить фрукты и ягоды в холодильнике, регулярно перебирать их, выбрасывая те, которые начинают портиться;
• не оставлять в раковине грязную посуду;
• сразу после еды или приготовления пищи убирать со стола, выбрасывать обрезки и очистки;
• каждый день выносить мусор;
• следить за чистотой на кухне;
• соблюдать умеренность в поливе комнатных растений;
• закрывать бутылки с алкоголем;
• регулярно мыть миски домашних животных.

Регулярное проветривание также поможет предотвратить появление насекомых.

Тема 5. Генетика пола. Половые хромосомы. Наследование, сцепленное с полом

Половое размножение свойственно всем живым организмам за исключением тех, которые вторично утратили половой процесс. Определение и развитие пола — сложный процесс, который детерминирован генетически, т.е. находится под контролем генов, а также подвержен влиянию внешней среды.

Половой диморфизм у птиц

В животном мире господствует раздельнополость, т.е. существуют два типа ясно различающихся в половом отношении организмов — самцы и самки. Различия между ними очень глубокие и затрагивают не только органы, непосредственно участвующие в половом размножении. Половые различия сопровождаются заметными различиями в росте, обмене веществ, инстинктах, а также в тех признаках, которые подвержены воздействию половых желез, например, гребни, рога, волосы, оперение.

Гермафродитизм у животных в норме встречается только у немногих видов, например у червей.

У растений, наоборот, преобладает гермафродитность. Половые различия у растений выражены менее резко, чем у животных. Для растений характерны переходы от обоеполости к однополости, частые аномалии в развитии генеративных органов, изменение пола под влиянием внешних условий.

Определение пола у разных организмов может происходить на разных стадиях жизненного цикла.

Пол зиготы может предопределяться еще в процессе созревания женских гамет — яйцеклеток. Такое определение пола называется прогамным, т.е. оно происходит до оплодотворения. Прогамное определение пола обнаружено у коловраток и кольчатых червей. Яйцеклетки этих животных в результате неравномерного распределения цитоплазмы в процессе оогенеза различаются по размеру. Из крупных яйцеклеток после определения развиваются только самки, из мелких — только самцы.

Наиболее распространенным типом определения пола является сингамное, т.е. определение пола в момент слияния женских и мужских гамет. Оно встречается у млекопитающих, птиц, рыб и др.

Известен также третий тип определения пола — эпигамное, которое происходит на ранних стадиях индивидуального развития особи (например, у морского червя Bonelia viridis).

У большинства животных и раздельнополых растений основную роль в определении пола играют половые хромосомы. Еще в начале ХХ в. (1902 г., McClung) было установлено, что у некоторых насекомых (клоп Protenor) самцы образуют два типа сперматозоидов: один тип — с лишней хромосомой, второй — без нее. У самцов клопа Protenor в одних сперматозоидах было 7 хромосом, в других — 6. Непарную хромосому назвали половой хромосомой, в отличие от остальных — аутосом. В соматических клетках самца содержится 13 хромосом, одна из которых Х-хромосома (12A+X), в соматических клетках самки — 14 хромосом (12A+XX). Женский пол клопа является гомогаметным, так как образует гаметы одного типа (6A+X), а мужской — гетерогаметным и образует два типа гамет (6A+X) и (6А+0). Такой тип определения пола, при котором самки имеют кариотип ХХ, а самцы — Х0, назван Protenor-типом. Он описан у большинства прямокрылых насекомых, жуков, пауков, многоножек и нематод.

Вслед за Protenor-типом был открыт другой тип определения пола, который характерен для млекопитающих, многих рыб, амфибий и ряда растений. Впервые он был описан у клопа Lygaeus turcicus и получил название Lygaeus-типа. При этом типе определения пола имеются два вида половых хромосом: Х и Y. Самки имеют две хромосомы, а самцы одну Х-хромосому и непарную ей Y-хромосому. Обозначение половых хромосом буквами X и Y отражает их форму, которую они имеют в профазе мейоза в результате отталкивания хроматид, соединенных только в области первичной перетяжки.

Женский пол при типе Lygaeus является гомогаметным, мужской — гетерогаметным.

У птиц, некоторых видов бабочек и рыб тип определения пола — обратный Lygaeus, т.е. гомогаметным является мужской пол. В этом случае для обозначения половых хромосом используют другие буквы: ♀ZW, ♂ZZ.

У моли описан тип — обратный Protenor, т.е. ♀Х0, ♂ХХ.

Особый тип определения пола характерен для пчел. Здесь разница между полами затрагивает не одну пару хромосом, а весь набор. Самки пчел — диплоидны, а самцы — гаплоидны, так как женские особи развиваются из оплодотворенных яйцеклеток, мужские особи — в результате партеногенеза.

Хромосомный механизм определения пола у растений был впервые определен у печеночного мха — Sphaerocarpus в ходе тетрадного анализа. Из четырех спор, образующихся в результате мейотического деления материнской клетки, две дают начало женским растениям, а две другие — мужским. Поскольку хромосомы мха Х и Y морфологически легко различимы, было установлено, что женские растения имеют кариотип 7А + Х, а мужские — 7А + Y. Диплоидный спорофит, который образуется в результате оплодотворения, имеет кариотип 14А + XY.

Гетероморфные пары хромосом обнаружены у мужских растений дремы, конопли, щавеля, хмеля и др. Определение пола у них соответствует типу Lygaeus. У земляники гетерогаметным (XY) является женский пол, мужской — гомогаметным.

Различные типы хромосомного определения пола

Половые хромосомы отличаются от аутосом поведением в профазе мейоза. Во время гаметогенеза они находятся в сильно спирализованном состоянии и редко объединяются в биваленты. Тем не менее они обладают сегментной гомологией и проявляют тенденцию к частичной коньюгации.

X и Y-хромосомы различаются по форме, величине и генному составу. Х-хромосома чаще всего относится к разряду крупных хромосом с большим генетическим объемом. У дрозофилы Х-хромосома — самая крупная в наборе. У человека Х-хромосома относится к разряду средних метацентриков, с нарушением ее структуры связан ряд тяжелых наследственных патологий (синдромов). Мужскую половую хромосому характеризует обедненность генами и, соответственно, низкая генетическая активность, а иногда и полная инертность. У человека с помощью молекулярно-генетических методов в Y-хромосоме выявлено около 40 генов. Однако реальных генетических функций еще меньше. В частности, в Y-хромосоме лежит мутация, отвечающая за малоприятный для мужчин признак — волосатость ушей. У дрозофилы Y-хромосома практически не оказывает никакого влияния на развитие пола.

У растений Y-хромосома также ведет себя по-разному: у одних она играет активную роль в определении пола, у других — является инертной. Например, Y-хромосома Milandrium alba (дрема) имеет сегменты, потеря которых ведет к нарушению нормального процесса развития пола и, как следствие, к мужской или женской стерильности. У Rumex acetosa Y-хромосома генетически инертна. У некоторых растений активность Y-хромосомы настолько высока, что особи YY оказываются жизнеспособными, как у аспарагуса, в то время как у других видов подобные особи не выживают.

Если гены, детерминирующие признаки, находятся в половых хромосомах, то их наследование не подчиняется законам Менделя. Распределение этих признаков соответствует распределению половых хромосом в процессе мейоза. Поскольку большинство генов, локализованных в Х-хромосоме, не имеют своих аллелей в Y-хромосоме, то у гетерогаметного пола (XY) в фенотипе проявляются все рецессивные гены, содержащиеся в их единственной Х-хромосоме. Гены, если они имеются в Y-хромосоме, проявляются также только у гетерогаметного пола.

Наследование признаков, определяемых генами, локализованными в Х и Y-хромосомах, называют сцепленным с полом. Впервые оно было описано Т. Морганом и его коллегами на примере рецессивного признака “white” — белые глаза.

Как видно из схемы, результаты прямого и обратного скрещиваний в случае наличия сцепления с полом разные. В прямом скрещивании гомозиготная красноглазая самка передает доминантный ген W и дочерям и сыновьям, благодаря чему все гибриды F1 имеют красные глаза. Скрещивание гетерозиготных самок F1 с самцами F1 дает в F2 только красноглазых самок, одна половина которых является гомозиготными, а другая — гетерозиготными. Среди самцов F2 наблюдается расщепление на красноглазых и белоглазых в соотношении 1 : 1, которое обусловлено гетерозиготностью самок F1, так как свою единственную Х-хромосому сыновья наследуют от матери. Общая формула расщепления по окраске глаз в F2 (без учета пола) — 3 : 1. На наличие сцепления признака с полом указывает то, что белая окраска глаз в F2 проявляется только у самцов.

Схема наследования признака белой окраски глаз у дрозофилы

В обратном скрещивании рецессивная гомозиготная белоглазая самка передает ген w вместе с Х-хромосомой и дочерям и сыновьям F1, но проявляется он только у самцов. У самок F1 этот ген подавляется доминантным аллельным геном, полученным от отца, и поэтому глаза у них красные. Таким образом, признак передается от отца к дочерям, а от матери к сыновьям. Такое наследование называется крисс-кросс (крест-накрест). Скрещивание самок и самцов F1 дает мух двух фенотипических классов (красноглазых и белоглазых) в соотношении 1 : 1, которое полностью соответствует распределению половых хромосом.

Описанный тип наследования окраски глаз у дрозофилы является закономерным для всех организмов в отношении признаков, которые определяются генами, локализованными в Х-хромосоме.

Схема наследования окраски пера у кур

Сцепленное с полом наследование используется для ранней диагностики пола у животных, что важно для сельскохозяйственного производства. В птицеводстве важно определять пол “суточных” цыплят, чтобы ставить петушков и курочек на разный рацион, откармливая петушков на мясо. Для диагностики пола используется крисс-кросс наследование признака окраски пера. При скрещивании пестрой курицы (признак доминантный) с черным петухом (признак рецессивный) в F1 все петушки, получившие доминантный ген от матери, будут пестрыми, а курочки — черными.

У человека сцепленно с полом наследуются такие наследственные аномалии, как гемофилия и дальтонизм. Поскольку у человека гетерогаметным является мужской пол, то эти аномалии проявляются, в основном, у мужчин. Женщины обычно являются носительницами таких генов, имея их в гетерозиготном состоянии.

При разведении тутового шелкопряда крисс-кросс наследование используется для отбора самцов по окраске грены (признак сцеплен с полом), так как выход шелка из коконов тутового шелкопряда мужского пола на 20–30% выше.

Картина сцепленного с полом наследования может искажаться, если наблюдаются отдельные случаи нерасхождения половых хромосом в процессе мейоза. Так, при скрещивании белоглазой самки дрозофилы с красноглазым самцом (см. выше схему наследования крисс-кросс) в F1, помимо красноглазых самок и белоглазых самцов, появляются единичные белоглазые самки и красноглазые самцы. Причиной этого отклонения является нерасхождение Х-хромосом у исходной самки. В процессе гаметогенеза в яйцеклетку попадает не одна Х-хромосома, а обе, или же, наоборот, ни одной, а обе попадают в полярное тельце. При оплодотворении таких яйцеклеток нормальными сперматозоидами и развиваются красноглазые самцы и белоглазые самки.

Потомство, которое образуется в результате первичного нерасхождения хромосом у самки, имеет разные, не соответствующие норме сочетания и количество половых хромосом. Однако, генетическая инертность Y-хромосомы делает особей с кариотипом ХХY женскими и жизнеспособными, а с кариотипом Х0 — мужскими и также жизнеспособными. Зиготы, не получившие Х-хромосомы (Y0), погибают, так же как (за редким исключением) и зиготы с тремя Х-хромосомами.

Схема наследования белой окраски глаз у дрозофилы (ген white) при нерасхождении X-хромосом у самки

У дрозофилы выведена линия (double yellow — двойная желтая), у которой из поколения в поколение нарушается наследование сцепленного с полом признака — желтая окраска тела. У самок этой линии Х-хромосомы соединены друг с другом в проксимальной части и имеют одну центромеру. В связи с этим в мейозе они ведут себя как одна хромосома и в анафазе отходят к одному полюсу.

Гетерогаметность одного пола определяет соответствие соотношения полов в каждом поколении организмов формуле 1 : 1. Это соотношение совпадает с расщеплением при анализирующем скрещивании. Рассмотрим его на примере дрозофилы, у которой определение пола соответствует Lygaeus-типу. Набор хромосом у дрозофилы состоит из трех пар аутосом и двух половых хромосом. Самка образует один тип гамет с гаплоидным набором (3A+X), а самец в равных количествах два типа гамет (3A+X) и (3A+Y). В итоге в следующем поколении развивается одинаковое количество самок и самцов.

Схема расщепления по полу у Drosophila melanogaster

Такое наследование наблюдается при разных типах хромосомного механизма определения пола, и вероятность рождения потомков мужского и женского пола в норме одинакова. Однако баланс полов может быть нарушен, если в половых хромосомах возникают летальные мутации. Рассмотрим случай, когда рецессивная летальная мутация (l) возникла в одной из двух Х-хромосом самки дрозофилы (XBl), маркированной доминантной мутацией Bar (В) — полосковидные глаза. Рассмотрите схему скрещивания такой самки с нормальным самцом дикого типа (+), имеющим круглые глаза.

Как видно из схемы, появление рецессивной летальной мутации в одной из Х-хромосом самки приводит к гибели половины мужского потомства. Об этом судят по отсутствию самцов с полосковидными глазами, получившими от матери Х-хромосому с летальным геном (XBl).

Гены, определяющие признаки пола, имеются не только в половых хромосомах, но и в аутосомах. С другой стороны, признаки, которые наследуются сцепленно с полом, часто не имеют прямого отношения к полу. Существует особая категория признаков, которые проявляются только у одного пола. Это — ограниченные полом признаки. Определяющие их гены имеются у обоих полов и могут находиться как в половых хромосомах, так и аутосомах. Однако работают эти гены, т.е. проявляют свое действие на уровне фенотипа, только у одного пола. К числу таких признаков относятся, например, молочность и жирность молока у коров, яйценоскость и размер яиц у кур. Эти признаки, которыми обладают особи женского пола, могут целиком определяться генотипом отца. Такое явление широко используется в селекции животных при использовании отцовских особей-производителей для получения высококачественного потомства.

Гены, определяющие развитие вторичных половых признаков, имеются как у мужчин, так и у женщин, но их проявление контролируется гормонами.

Пол может оказывать влияние на характер проявления признака, т.е. на его доминантность или рецессивность. В этом случае признаки называют зависимыми от пола. Так, например, у овец ген, определяющий развитие рогов, является доминантным у самцов и рецессивным — у самок. В связи с этим гетерозиготные самки являются комолыми, а гетерозиготные самцы — рогатыми. У человека точно так же наследуется признак плешивости. Зависимые от пола признаки находятся под сильным влиянием половых гормонов, соотношение которых может либо усилить, либо ослабить экспрессию гена.

Итак, подведем итог, касающийся механизма определения пола. Пол, как любой другой признак организма, детерминирован генетически. В определении пола у большинства животных и растений основная роль принадлежит половым хромосомам. Расщепление по полу соответствует соотношению 1 : 1, что обусловлено равновероятным образованием двух типов гамет (1/2 с Х и 1/2 с Y хр.) у гетерогаметного пола (XY). Гетерогаметным может быть как мужской, так и женский пол.

Определение пола — это начальный этап становления пола, за которым следует процесс его дифференциации, приводящий к развитию двух разных половых типов — женского и мужского. У животных половая дифференциация затрагивает всю организацию особи: строение органов размножения, внешнюю морфологию, обмен веществ, поведение, гормональный баланс, продолжительность жизни и пр. Половые различия которые обеспечивают комбинативную изменчивость внутри вида, а также его изоляцию, являются адаптивным механизмом.

Различают первичные и вторичные половые признаки. Первые непосредственно обеспечивают осуществление полового процесса. В частности, к ним относятся различия в строении внешних и внутренних половых органов женских и мужских особей. Развитие вторичных половых признаков является результатом нормального функционирования гонад (т.е. опосредовано первичными половыми признаками) и способствует половому размножению. Регулируется развитие вторичных половых признаков с помощью половых гормонов.

На процесс дифференциации пола оказывают влияние как генотипические факторы, так и внешняя среда.

Еще в начале ХХ в. было высказано предположение, что зигота является потенциально бисексуальной, но существуют механизмы, осуществляющие дифференциацию пола. Одним из таких механизмов является баланс половых хромосом и аутосом, при нарушении которого развитие пола отклоняется либо в сторону женского, либо в сторону мужского пола. Необходимость такого баланса впервые была установлена в опытах К. Бриджеса (лаборатория Т. Моргана), который обнаружил линию дрозофилы, дающую наряду с нормальными самцами и самками большой процент интерсексов. Интерсексы представляют собой смесь первичных и вторичных мужских и женских половых признаков, образуя все переходные типы: от сходных в основном с самцами до сходных с самками. Все они стерильны. В опыте Бриджеса они возникли в потомстве триплоидных самок, оплодотворенных нормальными диплоидными самцами, и содержали три набора аутосом и нормальное количество половых хромосом: 2Х+3А. Наряду с типичными интерсексами, в потомстве были представлены особи с гипертрофированными признаками женского пола — суперсамки (3Х+2А), и мужского пола — суперсамцы (XY+3X).

На основании этих результатов Бриджес пришел к выводу, что не само присутствие двух половых хромосом (XX или XY) определяет развитие пола, а баланс половых хромосом и гаплоидных наборов аутосом. Поскольку у дрозофилы Y-хромосома генетически инертна, то важно только количество Х-хромосом. Все особи с отношением 2Х : 2А = 1 являются самками, особи с отношением 1Х : 2А = 0,5 — самцами, типы с промежуточными между 1 и 0,5 отношениями являются интерсексами, а отношения больше 1 дают суперсамок, меньше 0,5 — суперсамцов.

Аномальное развитие пола при изменении числа наборов аутосом обусловлено нарушением баланса генов, которые участвуют в развитии пола. Поскольку гены проявляют свое действие в конкретных условиях, то на их функционирование оказывают влияние внешние факторы. Так, потомство триплоидных самок дрозофилы воспитывалось в условиях высокой и низкой температур. В обоих случаях развивались интерсексы, но при высокой температуре преимущественно с признаками самки, а при пониженной — с признаками самца. Таким образом, окончательное развитие пола является результатом сложных взаимодействий генов, локализованных как в половых хромосомах, так и в аутосомах, друг с другом и с факторами окружающей среды.

Изначальная бисексуальность зигот подтверждается фактами переопределения пола в процессе индивидуального развития. Классический пример — морской червь Bonellia viridis. Свободноплавающие личинки этого червя развиваются в самок. Если же личинка остается прикрепленной к материнской особи, из нее развивается самец. Будучи отделена от самки, такая личинка, начавшая развиваться в самца, изменяет направление дифференциации пола в женскую сторону и из нее развивается интерсекс. В хоботке самки имеются химические регуляторы, способные переопределять пол личинок.

Половые различия у морского червя Bonellia viridis

Большой интерес представляет экспериментальное переопределение пола. Путем воздействия гормональными препаратами у ряда животных удается получить полное превращение пола вплоть до способности формировать половые клетки противоположного пола. Такое превращение известно у некоторых лягушек, рыб, птиц и других животных. Так, раннее удаление яичника у самок кур и голубей может изменить в мужскую сторону окраску оперения, поведение и даже вызвать развитие семенника. У крупного рогатого скота наблюдались случаи рождения разнополых двойнь, в которых бычок оказывался нормальным, а телка — стерильной, со многими чертами самцового типа. Такие двойни носят название “фримартинов”. Их появление обусловлено тем, что семенники мужского эмбриона рано начинают выделять мужской гормон, который попадает в кровь и оказывает влияние на близнеца.

Один из ярких примеров полного переопределения пола описан в 1953 г. японским ученым Т. Ямамото. Опыт проводился на белых и красных медаках (Oryzias latipes), у которых доминантный ген красной окраски находится в Y-хромосоме. При такой локализации гена при скрещивании самцы всегда будут красными, а самки — белыми. Фенотипических самцов кормили с добавлением в корм женского полового гормона. В результате оказалось, что все красные рыбки с генотипом самца являются самками с нормальными яичниками и женскими вторичными половыми признаками.

Переопределение пола может быть следствием мутаций отдельных генов, участвующих в дифференциации пола. Так, у дрозофилы в одной из аутосом обнаружен рецессивный ген tra, присутствие которого в гомозиготном состоянии обусловливает развитие женских зигот (XX) в фенотипических самцов, оказывающихся стерильными. Самцы XY, гомозиготные по этому гену, являются плодовитыми.

Аналогичные гены найдены у растений. Так, у кукурузы рецессивная мутация silkless в гомозиготном состоянии вызывает стерильность семяпочек, в связи с чем обоеполое растение функционирует как мужское. У сорго обнаружены два доминантных гена, комплементарное взаимодействие которых также вызывает женскую стерильность.

У наездника Habrobracon пол определяется по тому же типу, что и у пчел: диплоидные самки развиваются из оплодотворенных яиц, а гаплоидные самцы партеногенетически. Но иногда самцы могут развиваться из оплодотворенных яиц. Причина такой ситуации лежит в действии специфического гена, в гомозиготном состоянии определяющего развитие зиготы по мужскому типу.

Правильность хромосомной теории определения пола подтверждается существованием половых мозаиков, или гинандроморфов, совмещающих в себе части тела мужского и женского полов. Известны разные типы гинандроморфов: латеральные, переднезадние, мозаичные.

Билатеральный гинандроморф Drosophila melanogaster

Латеральный гинандроморфизм описан у насекомых, у кур, у певчих птиц. В этом случае одна половина тела соответствует женскому типу, вторая — мужскому. При мозаичном гинандроморфизме большая часть тела имеет признаки одного пола, и лишь отдельные участки — признаки противоположного пола. Этот тип описан, в частности, у дрозофилы. Чаще всего причиной появления гинандроморфов является утрата одной из двух Х-хромосом в раннем дроблении зиготы с кариотипом самки (ХХ). Клетки с кариотипом Х0 обнаруживают признаки мужского пола. Чем раньше произойдет элиминация Х-хромосомы, тем больше участков мужского типа будет представлено в теле взрослой мухи. Обнаруживаются такие мозаики по проявлению рецессивных генов, которые в зиготе находились в гетерозиготном состоянии, но проявились фенотипически в клетках с кариотипом Х0.

Еще одной причиной гинандроморфизма может быть развитие зародыша из яйцеклетки с двумя ядрами (дизиготический гинандроморфизм). В этом случае мозаики могут быть соматическими, если оба ядра имеют один и тот же набор половых хромосом, но разный генотип (например, одно ядро Аа, а другое — аа), или половыми, если одно ядро ХХ, а другое ХY, или теми и другими одновременно. Подобный тип гинандроморфизма описан у шелковичного червя, бабочки, дрозофилы.

Известен также гинандроморфизм, причиной которого является полиспермия. Он обнаружен у дрозофилы. В яйцеклетке дрозофилы могут сформироваться два женских гаплоидных пронуклеуса, с одной Х-хромосомой каждый. При проникновении в яйцеклетку двух сперматозоидов один пронуклеус может оплодотвориться сперматозоидом с Х-хромосомой, а другой — сперматозоидом с Y-хромосомой. После первого дробления образуются два бластомера, один с кариотипом ХХ, другой — ХY, что в дальнейшем приведет к развитию гинандроморфа.

► Вопросы и задания по теме «Генетика пола»

Похожие материалы:

Лекция 19. Генетика пола

Задачи по теме «Наследование генов, локализованных в половых хромосомах» (с решениями и ответами)

Перейти к чтению других тем книги «Генетика и селекция. Теория. Задания. Ответы»:

• Тема 1. История развития генетики
• Тема 2. Законы Менделя
• Тема 3. Взаимодействие генов
• Тема 4. Сцепление генов. Кроссинговер
• Тема 6. Молекулярные основы наследственности
• Тема 7. Ген и геном
• Тема 8. Генная инженерия: ее развитие и методы
• Тема 9. Мутационная изменчивость
• Тема 10. Модификационная изменчивость
• Тема 11. Генетика и эволюция
• Тема 12. Генетика человека
• Тема 13. Генетические основы селекции