Определение генетического равновесия
Генетическое равновесие – это термин, используемый для описания состояния статического или неизменного, аллель Частоты в Население через некоторое время. Как правило, в естественной популяции частоты аллелей имеют тенденцию сдвигаться с течением поколений, и на популяцию действуют различные силы. Это может быть вызвано многими факторами, включая естественный отбор, генетический дрейф, мутация и другие, которые насильственно меняют частота аллелей, Однако, если популяция находится в генетическом равновесии, эти силы отсутствуют или компенсируют друг друга. Приведенные ниже примеры показывают генетическое равновесие в контексте моделирования и в естественном контексте.
Примеры генетического равновесия
Равновесие Харди-Вайнберга
При моделировании динамики популяции ученые часто используют модель Харди-Вайнберга. Это уравнение берет частоты аллелей в популяции и умножает их, используя принципы Площадь Пуннетта моделировать распределение аллелей при спаривании. Изображение этой модели можно увидеть ниже.
Эта диаграмма следует за ген, который имеет два аллеля (А) и (а). Частота аллелей каждого аллеля представлена буквами «р» и «q». Согласно модели Харди-Вайнберга, эти частоты аллелей не будут меняться от поколения к поколению без внешних воздействий. Другими словами, генетическое равновесие происходит при отсутствии таких вещей, как естественный отбор и генетический дрейф. Если (A) и (a) являются единственными аллелями в системе, то частоты (A), добавленные к (a), должны быть равны 1. Поэтому в системе с генетическим равновесием частота генотипов у потомства может быть Расчетное умножение частот аллелей. Гомозиготные доминантные особи (AA) можно оценить по p2 или частоте (A) в квадрате. То же самое относится и к гомозиготным рецессивным индивидуумам (аа); в генетическом равновесии их можно оценить как q2. гетерозиготный люди могут быть оценены 2pq. При генетическом равновесии сумма всех генотипических частот для каждого гена равна 1. В математических терминах: p2 + 2pq + q2 = 1.
В начале 1900-х годов наука о наследовании стала новой и интересной областью. Грегор Мендель показал в 1800-х годах, что организмы несут две копии каждого гена. Эти копии могут быть разных форм или аллелей. Тем не менее, ученые все еще сталкиваются с большими вопросами о том, как аллели изменяются со временем. Одной из фундаментальных проблем того времени было понимание того, как гены взаимодействуют друг с другом, особенно доминантные и рецессивные гены. Некоторые предполагали, что доминантный аллель естественно увеличится в популяции. Это было опровергнуто независимо несколькими учеными, использующими математику. Однако только Харди и Вайнберг обычно связывают свое имя с законом. Генетическое равновесие в этой идеализированной ситуации обычно называют равновесием Харди-Вайнберга.
Генетическое равновесие благодаря сбалансированному отбору
В природе все не так идеально, как предположения, сделанные в модели Харди-Вайнберга. Это не означает, что генетическое равновесие не может существовать. На самом деле, легко придумать сценарий, в котором генетическое равновесие поддерживается в условиях естественного отбора. Выбор должен просто применяться в равной степени к другому присутствующему аллелю. Таким образом, частота аллелей будет поддерживаться, и популяция останется в генетическом равновесии.
Это может быть продемонстрировано гипотетической группой животных. Для наших целей мы рассмотрим популяцию кузнечиков, имеющую только два аллеля для гена, который кодирует их цвет. Один аллель кодирует зеленый: Cg. Аллель Cb кодирует коричневый. Гомозиготные особи для любого аллеля будут такого цвета. Тем не менее, в нашем гипотетическом случае представьте, что гетерозиготные особи (CgCb) становятся зелеными, а коричневыми – частично. Поле полно этих кузнечиков, с равными частями каждого типа кузнечика.
Теперь новый хищник вводится в поле. Птица несется по полю, собирая кузнечиков. Птица использует цветовое зрение, чтобы выбрать свою добычу, а сплошных зеленых и коричневых кузнечиков легко отнять. Гетерозиготные кузнечики имеют естественную маскировку и не могут быть видны птицам. Понятно, что эти сорта будут отбираться со временем. В конце концов, это изменит распределение генотипов. Однако до тех пор, пока гомозиготы отбираются одинаково, частоты аллелей не изменятся. Пока организм при употреблении в пищу общее соотношение аллелей не изменится, поскольку гетерозиготы отбираются и содержат оба аллеля, сохраняя соотношение. Поэтому генетическое равновесие поддерживается даже перед лицом этого баланса.
Случайное генетическое равновесие
Существует большое разнообразие сил, которые действуют на население генетика, Хотя Харди-Вайнберг предполагает, что эти силы не работают, одинаково вероятно, что они могут уничтожить друг друга. Харди-Вайнберг предполагает, что популяция не испытывает селекцию, мутацию или какую-либо иммиграцию или эмиграцию, которые нарушали бы частоты аллелей. Как и в случае с кузнечиками, легко придумать ситуацию, в которой эти силы могли бы уравновешивать друг друга и поддерживать частоты аллелей.
В то время как сила отбора может активно пытаться удалить аллель из популяции, мутация может сохранить его в популяции. Это верно для многих генетических условий, созданных нефункционирующими аллелями. Естественно, селекция пытается уменьшить эти мутированные аллели, но скорость мутации может удерживать заболевание на некотором базовом уровне в популяции. Это будет случай генетического равновесия, вызванного слиянием нескольких факторов. Можно также увидеть, как мутация может быть легко заменена множеством других факторов, которые могут служить той же цели.
викторина
1. Ученый наблюдает за небольшой популяцией броненосцев. Со временем частоты аллелей этой небольшой популяции изменяются, но ученый не может точно определить причину изменения. Похоже, это не естественный отбор любого рода. Что из следующего является причиной, по которой популяция не находится в генетическом равновесии?A. Генетический дрейфB. Новый хищник сдвигает аллелиC. Ученый плохо измеряет
Ответ на вопрос № 1
верно. Причиной изменения частоты аллелей является, скорее всего, генетический дрейф. Учитывая, что небольшая популяция содержит только несколько аллелей, случайная потеря индивидуума может быть очень заметна. Меньшее население означает, что разнообразие вид проводится только в нескольких лицах. Потеря одного из них в случайной аварии, и целый раздел разнообразия теряется.
2. Ваш одноклассник пытается доказать, что генетическое равновесие является доказательством того, что, по крайней мере, некоторые популяции не эволюционируют. Что вы им скажете?A. Они верны!B. Эволюция – это процесс во времени, где равновесие – это только одна точка на этой временной шкале.C. Равновесие означает, что эволюция закончена
Ответ на вопрос № 2
В верно. По пути в супермаркет вы останавливаетесь для пешехода. В то время как ваша скорость для этой части путешествия была нулевой, это не значит, что путешествие не произошло. То же самое относится и к генетическому равновесию. Это просто показывает, что частоты аллелей не изменяются, по крайней мере, на этом этапе путешествия. Мы знаем, что эволюция существует, потому что мы видим, как популяции меняются со временем на новые виды.
3. В популяции 8 улиток. Есть две белые улитки, шесть розовых улиток и две красные улитки. Розовые улитки – гетерозиготы. Это население в равновесии?A. даB. нетC. Недостаточно информации
Ответ на вопрос № 3
С верно. Из этого вопроса вы можете сделать много вещей. Например, вы можете рассчитать частоты аллелей различных аллелей, а также генотипические отношения. Однако, чтобы определить, находится ли эта популяция в равновесии, нам нужно наблюдать за следующим поколением. Затем мы могли бы сравнить генотипические частоты, полученные из модели Харди-Вайнберга, с фактическими частотами популяции. Только тогда мы можем сказать, поддерживает ли популяция генетическое равновесие.
Ссылки
- Hartwell, L.H., Hood, L., Goldberg, M.L., Reynolds, A.E. & Silver, L.M. (2011). Генетика: от генов к геномам. Бостон: Макгроу Хилл.