Чому різні популяції одного виду відрізняються по частоті генів?

4 відповідей на питання “Чому різні популяції одного виду відрізняються по частоті генів?”

Стор. 43.
Питання і завдання для повторення.
1. Які процеси призводять до зміни частоти народження генів в популяціях?
Одним з таких процесів є дрейф генів при міграції тварин або рослин. На новому місці проживання поселяється незначна частина вихідної популяції. Генофонд новоствореної групи неминуче менше генофонду батьківської популяції, і частота генів в ній буде значно відрізнятися від частоти генів вихідної популяції. Гени, до того рідко зустрічаються, внаслідок статевого розмноження швидко поширюються серед членів нової популяції. У той же час широко поширені гени можуть бути відсутніми, якщо їх не було в генотипі засновників нової популяції (так званий ефект засновника).
На зміну частоти генів впливають і природні катастрофи. Лісові або степові пожежі, повені і т. Д. Викликають масову невибіркову загибель живих організмів, особливо малорухомих форм (рослини, безхребетні, рептилії, земноводні і ін.). Особи, які уникли загибелі, залишаються в живих завдяки чистій випадковості. У популяції, що пережила катастрофічний зниження чисельності, частоти алелей які мають бути обраними, ніж у вихідній популяції. Слідом за спадом чисельності починається масове розмноження, початок якому дає залишилася нечисленна група організмів. Генетичний склад цієї групи і визначить генетичну структуру всієї популяції в період її розквіту. При цьому деякі мутації – варіанти алелей можуть зовсім зникнути, а концентрація інших – різко підвищитися.
2. Чому різні популяції одного виду відрізняються по частоті генів?
У різних популяціях одного виду частота мутантних генів неоднакова. Практично немає двох популяцій з абсолютно однаковою частотою зустрічається одного і того ж варіанту ознаки. Ці відмінності можуть бути обумовлені тим, що популяції мешкають в неоднакових умовах зовнішнього середовища. Спрямована зміна частоти генів в популяціях обумовлено дією природного відбору. Але і близько розташовані, сусідні популяції можуть відрізнятися один від одного настільки ж значно, як і далеко розташовані. Це пояснюється тим, що в популяціях ряд процесів призводить до ненаправленого випадковому зміни частоти генів, або, іншими словами, до перетворення їх генетичної структури.
3. Що таке мікроеволюція?
Мікроеволюція – це процес перебудови всередині виду, що призводить до утворення нових популяцій, підвидів і закінчується утворенням нових видів.
Таким чином, мікроеволюція – це початковий етап еволюційного процесу, вона може відбуватися у відносно короткі проміжки часу, і її можна спостерігати і вивчати безпосередньо.
4. Як взаємини типу «хижак – жертва» впливають на зміну частот алелей в популяціях?
Зміна частот алелей в популяціях пов’язано також з коливаннями чисельності в результаті взаємин типу «хижак – жертва». Посилене розмноження об’єктів полювання хижаків на основі збільшення кормових ресурсів призводить, в свою чергу, до посиленого розмноження хижаків. Збільшення ж чисельності хижаків викликає масове знищення їх жертв. Недолік кормових ресурсів обумовлює скорочення чисельності хижаків і відновлення розмірів популяцій жертв.
5. Яке еволюційне значення ізоляцій популяції одного виду?
До змін частоти генів в популяціях призводить також обмеження обміну генами між ними внаслідок просторової (географічної та екологічної) ізоляції.Як ми вже говорили, річки служать перешкодою для сухопутних видів, гори і височини поділяють рівнинні популяції. Кожна з ізольованих популяцій володіє специфічними особливостями, пов’язаними з умовами життя. Важливе наслідок ізоляції – близькоспоріднені схрещування, або інбридинг. Завдяки інбридингу рецесивні аллели, поширюючись в популяції, виявляються в гомозиготному стані, що знижує життєздатність організмів. В людських популяціях ізоляти з високим ступенем інбридингу зустрічаються в гірських районах, на островах. Зберегла ще значення ізоляція окремих груп населення по кастовим, релігійним, расовим і інших причин.
Еволюційне значення різних форм ізоляції полягає в тому, що вона закріплює і підсилює генетичні відмінності між популяціями, а також в тому, що розділені частини популяції або виду в різних умовах піддаються неоднакового тиску відбору.
Питання і завдання для обговорення.
1. У чому причина гетерозиготности природних популяцій?
Гетерозиготність – наслідок статевого процесу, але може виникнути в результаті мутації. При гетерозиготності дію шкідливих рецесивних алелей пригнічується присутністю домінантного алеля і проявляється тільки при переході цього гена в гомозиготний стан. Тому гетерозиготность широко поширена в природних популяціях.
2. Яка еволюційна роль мутацій?
Мутації представляють матеріал для природного відбору в процесі еволюції.
3. Чому популяції в даний час вважають елементарними еволюційними одиницями?
Особина не може еволюціонувати. Вона може змінюватися, пристосовуючись до умов зовнішнього середовища. Але ці зміни не еволюційні, так як вони не передаються у спадок. Вид, як правило, неоднорідний і складається з ряду популяцій. Популяція відносно самостійна і може тривалий час існувати поза зв’язком з іншими популяціями виду. У популяції протікають все еволюційні процеси: у особин виникають мутації, між особинами відбувається схрещування, діють боротьба за існування і природний відбір. В результаті генофонд популяції з часом змінюється і вона стає родоначальником нового виду. Саме тому елементарна одиниця еволюції – популяція, а не вид.

Тривалість життя будь-якої окремої особини в зіставленні з тимчасовим масштабом еволюції настільки мала, що її індивідуальний генотип не може грати будь-якого значення в еволюційному процесі. Тому реальні еволюційні зрушення можуть відбуватися тільки в популяціях, які існують протягом тривалого часу. Популяція характеризується відносною генетичної відокремленістю від інших популяцій того ж виду і володіє загальним генофондом, що забезпечує генотипическое схожість входять до неї особин. Але в окремих особин популяції іноді виникають спадкові зміни, які в результаті вільного схрещування поширюються в популяції. В результаті цього усередині популяції створюється генетична неоднорідність, яка створює умови для природного відбору. Отже, популяція є елементарну еволюційну одиницю.
Чому різні популяції одного виду відрізняються по частоті генів?
Основними причинами, що зумовлюють різну частоту певних генів (вірніше, алелей), серед популяцій одного виду є незалежне поява в них мутацій різного типу і дрейф генів. Останній може виникнути при відділенні нової популяції від батьківської через те, що відсоток певних алелей серед відокремилися особин буде іншим, ніж у вихідній популяції.
Другою причиною генетичного дрейфу є хвилі (флуктуації) чисельності популяцій.Флуктуації можуть бути сезонними (наприклад, підвищення чисельності в період розмноження і поступове її зниження до початку наступного періоду) або річними (збільшення чисельності в роки зі сприятливими умовами життя і її зниження при несприятливих умовах).
Після чергового спаду чисельності популяції решта особин відрізняється за генетичним складом від колишньої, численної, популяції, тому що частина мутацій може повністю зникнути з популяції, а інша частина – зрости. Оскільки такі зміни носять випадковий характер, їх результат в інших популяціях буде зовсім іншим.

Питання 1. Сформулюйте закон Харді-Вайнберга.
Закон Харді-Вайнберга. Частота гомозиготних і гетерозиготних організмів в умовах вільного схрещування при відсутності тиску відбору та інших факторів (мутації, міграції, дрейфу генів і ін.) Залишається постійною, т. Е. Перебуває в стані рівноваги.
Закон Харді-Вайнберга встановлює математичну залежність між частотами алелей аутосомних генів і генотипів і виражається наступними формулами:
РА + qа = 1;
Р2А А + 2рqАа + q2аа = 1,
де рА – частота домінантного алеля гена,
qа – частота рецесивного алеля гена,
2А А – частота особин, гомозиготних за домінантним алелем,
2рqАа – частота гетерозиготних особин, q2аа – частота особин, гомозиготних по рецесивним аллели, тобто частота особин з рецесивним ознакою,
р2АА + 2рqАа – частота особин з домінантним ознакою,
2рqАа + q2аа – частота особин, в генотипі яких є рецесивний аллель.
Необхідно відзначити, що закон Харді-Вайнберга, як і інші генетичні закономірності, грунтується на принципі випадкового комбінування Менделя і точно виконується при нескінченно великій чисельності популяції. На практиці це означає, що популяції з чисельністю нижче деякої мінімальної величини не задовольняють вимогам закону Харді-Вайнберга.
Теоретично закон Харді-Вайнберга справедливий тільки для ідеальних, або рівноважних, популяцій. Рівноважними популяціями називаються такі популяції, в яких виконуються наступні умови:
• популяція нескінченно велика; до неї можна застосовувати закони ймовірності, тобто коли в надзвичайно малоймовірно, що одне випадкове подія може змінити частоти алелей;
• має місце панмиксия, тобто випадкове утворення батьківських пар, без тенденції вступу особин в шлюб з партнерами, подібними або протилежними за генотипом;
• всі аллели одно впливають на життєздатність гамет і нащадки від всіх можливих схрещувань мають рівну виживання;
• популяція повністю ізольована, тобто, немає міграції особин, що дає приплив або відплив алелей;
• нові мутації в даній популяції не з’являються;
• відсутня відбір;
• покоління не перекриваються в часі і не утворюються батьківські пари з особин, що відносяться до різних поколінь.
Незважаючи на те, що ні в одній реальній популяції ці умови не дотримуються, рівновагу частот генотипів в них все одно виконується. Дуже часто розраховані за формулами закону Харді-Вайнберга величини настільки близькі до реальних, що цей закон виявляється цілком придатним для аналізу генетичної структури реальних популяцій. З цього випливає, що можна розрахувати очікувані частоти генотипів, знаючи тільки деякі з них.
Більш того, на основі формул закону Харді-Вайнберга були розроблені підходи для характеристики факторів, що змінюють частоти алелей в популяціях. Такими факторами є:
• генетичний дрейф;
• мутаційний процес;
• міграція;
• відбір;
• невипадкові схрещування.
Питання 2. Які процеси призводять до зміни частоти народження генів в популяціях?
Зміна частоти генів в популяціях може відбуватися як під тиском факторів зовнішнього середовища в ході природного відбору, так і у вигляді ненаправленного випадкового зміни частоти генів. Наприклад, при міграції тварин на новому місці проживання поселяється незначна частина вихідної популяції. Генофонд новоствореної популяції буде менше генофонду вихідної популяції. Гени, раніше рідко зустрічалися внаслідок статевого розмноження, швидко розповсюджуватися серед членів нової популяції. Іншим прикладом можуть послужити явища природних катастроф. Так, при лісових пожежах відбувається масова загибель тварин і рослин. Особи, які уникли загибелі, залишаються в живих завдяки випадковості. Вони і дають початок нової популяції. Генетичний склад групи особин, що вижили визначає генетичну структуру майбутньої популяції. Змінити частоту генів в популяції можуть також періодичні коливання чисельності, пов’язані із взаємовідносинами хижак-жертва, ізоляція популяцій один від одного, близькоспоріднені схрещування (інбридинг).
Питання 3. Чому різні популяції одного виду відрізняються по частоті генів?
Популяції, ізольовані один від одного, постійно знаходяться під тиском різних комплексів факторів зовнішнього середовища. У неоднакових умовах середовища природний відбір діє в бік збереження особин, чий генофонд забезпечує їх набором ознак і властивостей, оптимальних для даної ситуації. Тому в популяціях, що мешкають в різних умовах навколишнього середовища, частота народження того чи іншого гена різна.
Питання 4. Що таке мікроеволюція?
Мікроеволюція – це процес перебудови всередині виду, що призводить до утворення нових популяцій, підвидів і закінчується утворенням нових видів.
Таким чином, мікроеволюція – це початковий етап еволюційного процесу, вона може відбуватися у відносно короткі проміжки часу, і її можна спостерігати і вивчати безпосередньо. В результаті спадкової (мутаційної) мінливості відбуваються випадкові зміни генотипу. Мимовільна частота мутацій досить висока, і 1-2% статевих клітин мають мутовані гени або змінені хромосоми. Мутації найчастіше рецесивні і, крім того, рідко бувають корисними для виду. Однак якщо в результаті мутації виникають корисні для будь-якої особини зміни, то вона отримує деякі переваги перед іншими особинами популяції: отримує більше їжі або робиться стійкіше до впливам хвороботворних бактерій і вірусів і т.п. Наприклад, виникнення довгої шиї дозволило предкам жирафа харчуватися листям з високих дерев, що забезпечувало їм більше корму, ніж особинам популяції з короткою шиєю.

Популяція – структурна одиниця виду. Популяція – сукупність особин одного виду, що займають певний ареал, вільно схрещуються один з одним, що мають спільне походження, генетичну основу і в тій чи іншій мірі ізольованих від інших популяцій даного виду.
Важлива ознака виду – розселення його групами, популяціями в межах ареалу. Популяція – сукупність вільно перехресних особин виду, які тривалий час існують щодо окремо від інших популяцій на певній частині ареалу.
Фактори, що сприяють об’єднанню особин в популяції, – вільне схрещування (взаємовідносини статей), вирощування потомства (генетичні зв’язки), спільна захист від ворогів, типи взаємовідносин організмів різних видів: хижак-жертва, господар-паразит, симбіоз, конкуренція.
Популяція – структурна одиниця виду, характеризується певної чисельністю особин, її змінами, спільністю займаній території, певним співвідношенням вікового і статевого складу. Зміна чисельності популяцій у межах, її нижче припустимого краю – причина можливої ​​загибелі популяції.
Зміна чисельності популяцій за минулими сезонами і років (масове розмноження в окремі роки комах, гризунів). Стійкість чисельності популяцій, особини яких мають велику тривалість життя і низьку плодючість.
Причини коливання чисельності популяцій: зміна кількості їжі, погодних умов, екстремальні умови (повені, пожежі та ін.). Різка зміна чисельності під впливом випадкових чинників, перевищення смертності над народжуваністю – можливі причини загибелі популяції.
Саморегуляція чисельності популяції. Слідом за зростанням чисельності одних видів з’являються чинники, що викликають її обмеження. Так, зростання чисельності рослиноїдних тварин супроводжується збільшенням чисельності хижаків, паразитів. Внаслідок цього відбувається зниження чисельності рослиноїдних тварин, а потім і чисельності хижаків. Такий механізм саморегуляції чисельності всіх популяцій, збереження її на певному рівні.
Різні популяції одного виду можуть відрізнятися за частотою генів. Найважливішим властивістю генів є поєднання їх високої стійкості в ряду поколінь зі здатністю до спадкоємною змін (мутацій), службовцям основою мінливості організмів, що дає матеріал для природного відбору. Так само число генів, залежить від особливостей навколишнього середу, де мешкає популяція, тому в різних умовах навколишнього середовища число генів може змінюватися.