Підручник з Біології і екології. 11 клас. Шаламов - Нова програма

Застосування результатів біологічних досліджень у медицині, селекції та біотехнології

§ 39. Селекція

Під час неолітичної революції люди почали вирощувати їжу для себе

Ще 10 тисяч років тому на Близькому Сході наші предки займалися полюванням і збиральництвом. Але маленькі групи мисливців поступово почали осідати навколо плодючих територій, де рослин і тварин було достатньо, утворюючи невеликі поселення. Із часом їхні мешканці й мешканки почали не лише збирати, але й доглядати, а згодом і висаджувати деякі дикі рослини на спеціально підготовлених ділянках. Інакше кажучи, вони почали займатися сільським господарством. Такий перехід від привласнювальної економіки до виробничої отримав назву неолітична революція. Подібні процеси відбувалися не лише на Близькому Сході, але й у інших регіонах (рис. 39.1). Згодом носії нового способу добування харчу розселялися іншими регіонами й приносили туди навички вирощування культурних рослин і розведення тварин.

Рис. 39.1. Центри виникнення й поширення сільського господарства

Перехід до виготовлення для себе харчів відбувався кілька разів у різних регіонах (зафарбовані зони) у різний проміжок часу і поширювався в інші регіони.

Говорячи про причини переходу до сільськогосподарської діяльності, наукова спільнота не є одностайною. Найбільш розповсюджена версія — кліматичні зміни. Річ у тім, що близько 11-12 тис. р. до н. е. завершився льодовиковий період, клімат стабілізувався й ріст злакових рослин активізувався. Крім того, унаслідок тривалого зледеніння кількість великих тварин зменшилася й прогодувати себе і свою родину стало важче.

Зі збільшенням розміру й чисельності осіб у поселеннях поряд із людиною почали з'являтися нові екологічні ніші. У них проникали рослини і тварини, що могли співіснувати з людиною. Серед них були й ті, що могли приносити певну користь, наприклад, слугували джерелом їжі. Отже, окультурення рослин і одомашнення тварин від початку не було свідомим і цілеспрямованим процесом. Воно відбувалося спонтанно, коли тварини й рослини, які мали певний набір ознак, заселяли нову екологічну нішу, що сформувалася унаслідок людської діяльності.

Рослини були окультурені в різних регіонах

Для переходу до сільськогосподарської діяльності потрібні були рослини і тварини, придатні до вирощування й розведення людиною. Завдяки численним експедиціям видатного біолога Миколи Вавілова та його послідовників і послідовниць вдалося з'ясувати, що культурні рослини походять із різних регіонів, у яких росте чи ріс їхній предок, і кількість різновидів певної рослини у таких місцях є набагато більшою, ніж у інших. Ці регіони отримали назву центри різноманіття й походження культурних рослин (рис. 39.2). У таблиці 39.1 наведено приклади рослин, які були вперше окультурено в кожному з них.

Рис. 39.2. Центри різноманіття й походження культурних рослин

1. Центральноамериканський.

2. Південноамериканський.

3. Середземноморський.

4. Передньоазійський.

5. Ефіопський.

6. Середньоазійський.

7. Індійський.

8. Китайський.

Таблиця 39.1. Центри різноманіття й походження культурних рослин

Центр походження рослин

Розташування

Приклади рослин

Центральноамериканський

Мексика, Нікарагуа, Гондурас, Гватемала

Кукурудза, квасоля, гарбуз, какао, соняшник

Південноамериканський

Колумбія, Еквадор, Перу, Болівія

Картопля, томат

Середземноморський

Албанія, Хорватія, Греція, Італія, Іспанія, Туніс, Єгипет

Овес, капуста, буряк, кріп, морква, олива

Передньоазійський

Іран, Ірак, Туреччина, Сирія, Ліван, Ізраїль, Йорданія

Пшениця, жито, горох, виноград

Ефіопський

Ефіопія, Судан, Еритрея

Кава, кавун

Середньоазійський

Індія, Пакистан, Афганістан, Таджикистан, Узбекистан

Диня, ріпчаста цибуля, часник

Індійський

Індія, М'янма, Філіппіни, В'єтнам, Лаос, Камбоджа

Рис, огірок, баклажан, цукрова тростина

Китайський

Східна частина Китаю

Соя, яблуня, вишня, апельсин, мандарин, шовковиця, хурма

Принцип Анни Кареніної пояснює причини одомашнення лише окремих видів тварин

Із формуванням нових екологічних ніш поряд із людиною почали заселятися нові організми тварин. Деякі з них могли використовуватись як їжа, як тяглові або сторожові тварини. Їх людина й почала одомашнювати. Однак не всі види диких тварин були придатні для одомашнювання. Так, носоріг занадто агресивний, а лань занадто ляклива, щоб співіснувати з людиною. Для того, щоб тварина могла бути одомашнена, вона повинна мати цілий ряд характеристик. Навіть якщо одна з них відсутня, одомашнювання неможливе. Це правило називають принципом Анни Кареніної1. Виходячи з цього принципу, сформульованого Джаредом Даймондом, усі одомашнені тварини схожі між собою, а кожна неодомашнена не може бути одомашнена через свої причини.

Розглянемо більш детально ці ознаки, які є в одомашнених тварин:

  • невибагливість у харчуванні;
  • швидкий ріст;
  • здатність розмножуватись у неволі;
  • товариське ставлення до людини;
  • відсутність схильності до паніки.

Як і у випадку з рослинами, одомашнення тварин було прив'язане до певних географічних регіонів. Вівця, корова, кінь, одногорбий верблюд і коза були одомашнені в Передній Азії, собака й курка — у Південно-Східній Азії, кішка, осел і цесарка були одомашнені в Північній Африці, індик — у Центральній Америці, лама й альпака — у Південній Америці (рис. 39.3).

Рис. 39.3. Лама (А) була одомашнена як в’ючна тварина й водночас джерело м’яса, а альпака (Б) — як джерело якісної вовни

Найпоширенішими методами селекції є штучний добір і гібридизація

Після окультурення рослин і одомашнення тварин люди продовжували поліпшувати якості організмів, які використовували. Ще тисячі років тому було зроблено спостереження, що нащадки успадковують властивості предків, а отже, добираючи організми з потрібними властивостями, можна значно покращити якість нащадків. Із розвитком уявлень людини про успадкування ознак, такий добір отримав цілеспрямований характер. Поступово сформувалася наука селекція, що вивчає методи покращення властивостей організмів і створення їхніх нових різновидів із заданими характеристиками (рис. 39.4).

1 Роман Льва Толстого «Анна Кареніна» починається словами: «Усі щасливі сім'ї схожі одна на одну, кожна нещаслива сім’я нещаслива по-своєму».

Рис. 39.4. Українські селекційні здобутки

А. Дослідне поле з озимою пшеницею Інституту фізіології рослин і генетики НАН України. Б. Яблуко сорту Аскольда, виведеного в Інституті садівництва УААН України.

Основними методами селекції є штучний добір і гібридизація. Штучний добір дозволяє посилити ознаки предкових організмів. Для цього вибирають тих представників, у яких найяскравіше виражені потрібні людині властивості. Дозволяючи їм розмножуватися, отримують нащадків, у частини з яких необхідні риси будуть іще дужче проявлятися. Так неодноразово повторивши добір, посилюють прояв властивості, що була потрібна.

Під час гібридизації схрещують організми з подібними чи різними необхідними людині рисами. У першому випадку серед нащадків прояв властивості може посилитись, а у другому — з'являться гібриди, що поєднують корисні особливості своїх предків.

Унаслідок селекції утворюються нові сорти рослин, породи тварин і штами мікроорганізмів. Це групи організмів одного виду, подібні між собою й отримані штучно в процесі селекції. Цікаво, що сорти й породи мають дуже схожі спадкові ознаки, а штами взагалі є нащадками одного предкового організму. Якщо він при цьому розмножується лише нестатево, то всі представники одного штаму є генетично ідентичними клонами. Часто унаслідок селекційного добору сорти, породи й штами вироджуються та погано приживаються в дикій природі.

Селекція прагне надати організмам нових, потрібних людині властивостей

Після неолітичної революції селекціонери й селекціонерки рухалися у двох напрямах: частина намагалася ввести в культуру нові види рослин і тварин, а інші ж займалися вдосконаленням тих, що є. Зрозуміло, що нові види рослин і тварин повинні були мати якісь унікальні властивості й бути чимось корисними людству: шовкопрядів одомашнили для отримання шовку, качок — для отримання пір'я та м'яса, а золотих рибок — для краси. Нині селекціонерська спільнота одомашнює тварин і рослин здебільшого як домашніх улюбленців чи з декоративною ціллю.

Рис. 39.5. Різноманіття порід голубів

Більш поширеною метою селекції є виведення нових сортів, порід і штамів на основі тих, що вже існують. При цьому намагаються посилити корисні для людини властивості: швидкість росту, невибагливість до умов проживання, стійкість до хвороб, покращити виживання, зробити смачнішими чи поживнішими як продукти харчування, посилити вироблення корисних речовин чи надати нового, кращого або дивовижнішого, зовнішнього вигляду (рис. 39.5). Наразі основним стимулом селекції є економічна вигода: якщо сорт, породу чи штам куплять, то й сенс у його виведенні є.

Ще одним завданням селекції є якомога краще пристосування сортів рослин і порід тварин до умов певної місцевості. У цьому процесі значну роль відіграють місцеві селекціонери й селекціонерки. Так, іще наприкінці XIX ст. український садівник Левко Симиренко заснував одну з найбагатших у тогочасній Європі колекцію фруктових, овочевих і ягідних рослин (рис. 39.6) та ввів у вжиток популярний сорт яблук Ренет Симиренка. Василь Юр'єв більшу частину свого життя провів у Харкові, де працював над виведенням нових сортів пшениці, жита, вівса, кукурудзи, які й досі використовуються в Україні. А український селекціонер Василь Ремесло став автором всесвітньо відомого сорту озимої пшениці «Миронівська 808», який було виведено в Миронівському інституті пшениці, що зараз носить його ім'я.

Рис. 39.6. Яблуня, посаджена Левком Симиренком 140 років тому

Життєві запитання — обійти не варто!

Елементарно про життя

• 1. Яка з цих тварин НЕ була одомашнена з огляду на риси домашніх тварин?

  • А сизий голуб
  • Б морська свинка
  • В індійський слон
  • Г віслюк

• 2. Штучний і природний добори схожі тим, що

  • А унаслідок них виживає найбільш пристосований
  • Б обоє добирають за ознаками, корисними для людини
  • В кожен із них відбувається в природі й без участі людини
  • Г джерелом різноманіття для добору є спадкова мінливість

• 3. Гібридизацію в селекції використовують для

  • А зменшення рівня прояву потрібної людині властивості
  • Б появи організмів із корисними ознаками, характерними для обох батьків
  • В отримання клонів із властивостями, що має батьківський штам
  • Г виокремлення серед усього різноманіття особин із найкраще вираженими ознаками

• 4. Серед наведених тверджень про селекцію оберіть те, що містить помилку.

  • А що більшим є різноманіття нащадків, то більший вибір матиме селекціонер чи селекціонерка для добору
  • Б завдяки селекції було отримано породи шовкопряда, що виробляють міцніші шовкові волокна
  • В новий штам бактерії можна отримати завдяки нестатевому розмноженню вихідного штаму
  • Г селекціонерська спільнота певного регіону розробляє сорти, пристосовані до місцевих умов

• 5. Увідповідніть культурну рослину із центром її походження.

  • 1 кава
  • 2 цибуля
  • 3 вишня
  • 4 соняшник
  • А Середземноморський
  • Б Китайський
  • В Середньоазійський
  • Г Центральноамериканський
  • Д Ефіопський

У житті все просто

• 6. Порівняйте карти, наведені на рисунках 39.1 і 39.2. Чи є між ними подібні риси? Як ви вважаєте, чим вони зумовлені?

• 7. Які риси повинна мати рослина, щоб бути одомашненою? Чи є щось спільне із рисами одомашнених тварин?

• 8. Як можуть штучний добір і гібридизація використовуватися незалежно одне від одного? Як це залежить від способу розмноження організму?

У житті не все просто

• 9. Поняття штам застосовують не лише для клітинних форм живого, але й для вірусів. Як визначають належність вірусів до одного штаму?

• 10. Які сорти злаків найчастіше висіваються українськими аграріями? Звідки вони походять?