Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

9.4: Мікроеволюція

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    5846

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    Шкільні дні

    За винятком пластикових обідніх охолоджувачів, ви можете подумати, що ця картина дітей на шляху до школи прийшла з 1800-х років. По суті, знімок є фотографією, яка була зроблена в 2006 році. Діти є частиною релігійної громади під назвою аміші, засновники якої вперше приїхали до США в 1700-х роках. Аміші уникають сучасних зручностей, таких як електрика та автомобілі. Їхнє життя більше схоже на життя своїх засновників, ніж життя більшості інших людей у США сьогодні. Як ви дізнаєтеся, коли прочитаєте цю концепцію, аміші є прикладом одного способу розвитку населення.

    Діти амішів на шляху до школи
    Ілюстрація\(\PageIndex{1}\): Аміші По дорозі в школу

    Гени в популяціях

    Особи не еволюціонують, тому що їх гени не змінюються з часом. Натомість еволюція відбувається на рівні населення. Популяція складається з організмів одного виду, які мешкають в одній місцевості. З точки зору еволюції чисельність населення вважається відносно замкнутою групою. Це означає, що більшість спаровування відбувається всередині популяції. Еволюційні зміни, що відбуваються протягом відносно коротких періодів часу в популяціях, називають мікроеволюцією. Наука, яка фокусується на еволюції в популяціях, - це популяційна генетика. Це поєднання еволюційної теорії та генетики Менделя.

    Генофонд

    Генетичний склад індивіда - це генотип індивіда. Популяція складається з багатьох особин і тому багатьох генотипів. Всі генотипи разом складають генофонд популяції. Генофонд складається з усіх генів всіх членів популяції. Для кожного гена генофонд включає в себе всі різні алелі гена, які існують в популяції. Алель називають версією гена. Для даного гена популяція характеризується частотою різних алелів в генофонді. Частота алелів - це те, як часто алель виникає в генофонді щодо інших алелів для того ж гена.

    Сили еволюції

    Фактори, що викликають зміни частот алелів, називаються силами еволюції. Таких сил чотири: мутація, потік генів, генетичний дрейф і природний відбір.

    Генетичний дрейф

    Генетичний дрейф - це випадкова зміна частот алелів, що відбувається у невеликої популяції. Коли невелика кількість батьків виробляє всього кілька потомств, частоти алелів у потомства можуть відрізнятися, просто випадково, від частот алелів у батьків. Це все одно, що кидати монету. Якщо кинути монету всього кілька разів, ви можете, випадково, отримати більше або менше очікуваних 50 відсотків голів і 50 відсотків хвостів. Завдяки таким випадковим варіаціям у невеликих популяціях частоти алелів з часом дрейфують.

    Є дві особливі умови, при яких відбувається генетичний дрейф. Їх називають ефектом вузького місця та ефектом засновника.

    1. Ефект вузького місця виникає, коли популяція раптово стає набагато меншою. Це може статися через стихійне лихо, наприклад, лісова пожежа або епідемія хвороб. Випадково частоти алелів тих, хто вижив, можуть відрізнятися від частот вихідної популяції.
    2. Ефект засновника виникає, коли кілька особин починають або знайшли нову популяцію. Випадково частоти алелів засновників можуть відрізнятися від частот алелів популяції, яку вони залишили. Приклад ефекту засновника стався у амішів, як описано на малюнку\(\PageIndex{2}\).
    полідактилія
    Ілюстрація\(\PageIndex{2}\): Ефект засновника в популяції амішів. Населення амішів у США та Канаді налічувало близько 200 засновників, які іммігрували в 1700-х роках. Населення зросла майже до 250 000 осіб, які рідко взаємодіють з людьми за межами амішської громади. Один із засновників носив рецесивний алель для рідкісного стану під назвою синдром Елліса-ван Кревельда - тип карликовості, що призводить до зайвих пальців та коротких кінцівок, як показано на цьому зображенні. Сьогодні населення амішів має набагато більше випадків цього синдрому, ніж будь-яке інше населення світу.

    Мутація

    Мутація створює нові генетичні варіації в генофонді. Саме так спочатку виникають всі нові алелі. У видів, що розмножуються статевим шляхом, мутації, які мають значення для еволюції, - це ті, що відбуваються в гаметах. Тільки ці мутації можуть передаватися потомству. Для будь-якого даного гена шанс виникнення мутації в даній гаметі дуже низький. Таким чином, самі по собі мутації не мають великого впливу на частоти алелів. Однак мутації забезпечують генетичну варіацію, необхідну для дії інших сил еволюції.

    Потік генів

    Потік генів відбувається, коли особини переїжджають до або з популяції. Якщо швидкість міграції висока, це може мати значний вплив на частоти алелів. Частоти алелів можуть змінюватися як у населення, яке залишають мігранти, так і в населенні, до якого входять мігранти. Приклад потоку генів стався під час війни у В'єтнамі в 1960-х і 1970-х роках. Багато молодих американських військовослужбовців мали дітей з в'єтнамськими жінками. Більшість військовослужбовців повернулися до США після війни. Однак вони залишили копії своїх генів позаду у своєму потомстві. Таким чином вони змінили частоти алелів у в'єтнамському генофонді. Як ви думаєте, генофонд США також постраждав? Чому чи чому ні?

    Природний відбір

    Природний відбір відбувається, коли є відмінності в придатності серед представників населення. В результаті деякі особини передають наступному поколінню більше генів, ніж інші члени популяції. Це призводить до зміни частот алелів з часом. Приклад серповидноклітинної анемії, який показаний в наступній таблиці і описаний нижче, показує, як природний відбір може утримувати навіть шкідливий алель в генофонді.

    Таблиця\(\PageIndex{1}\): Серповидноклітинна анемія та природний відбір
    Генотип Фенотип Фітнес
    АА 100% нормальний гемоглобін Дещо знижена фітнес через відсутність стійкості до малярії
    АС Досить нормального гемоглобіну для запобігання серповидноклітинної анемії Найвища придатність через стійкість до малярії
    СС 100% аномальний гемоглобін, що викликає серповидно-клітинну Значно знижується фітнес через серповидно-клітинну анемію

    Алель (S) при серповидноклітинної анемії є шкідливим, аутосомно-рецесивним алелем. Це викликано мутацією в нормальному алелі (А) для гемоглобіну (білка, що несе кисень на еритроцитах). Малярія - смертельне тропічне захворювання, яке поширене у багатьох африканських популяціях. Гетерозиготи (АС) з серповидноклітинним алелем стійкі до малярії. Тому вони з більшою ймовірністю виживають і розмножуються. Це утримує S алель в генофонді.

    Серповидноклітинний приклад показує, що фітнес залежить від фенотипів, а також від навколишнього середовища. Як ви думаєте, що може статися, якби малярія була ліквідована в африканському популяції з відносно високою частотою алелю S? Як може змінитися придатність різних генотипів? Як це може вплинути на частоту алелю S?

    Серповидноклітинний ознака контролюється одним геном. Природний відбір для полігенних ознак, які контролюються декількома генами, є більш складним, хоча він менш складний, якщо розглядати лише фенотипи для полігенних ознак, а не генотипів. Існує три основні способи, якими природний відбір може вплинути на розподіл фенотипів за полігенною ознакою. Три способи показані на графіках на рис\(\PageIndex{3}\).

    1. Руйнівний відбір відбувається, коли фенотипи в середині діапазону вибираються проти. Це призводить до двох фенотипів, що перекриваються, по одному на кожному кінці розподілу. Прикладом може служити статевий диморфізм. Мається на увазі відмінності між фенотипами самців і самок одного виду. У людини, наприклад, самці і самки мають різну середню висоту і форму тіла.
    2. Стабілізуючий відбір відбувається при виборі фенотипів в обох крайніх межах фенотипічного розподілу проти. Це звужує діапазон варіацій. Прикладом може служити вага при народженні людини. Діти, які дуже великі або дуже маленькі при народженні, рідше виживають, і це утримує вагу при народженні у відносно вузькому діапазоні.
    3. Спрямований відбір відбувається при виборі одного з двох крайніх фенотипів. Це зміщує розподіл до цієї крайності. Це тип природного відбору, який Гранти спостерігали у розмірі дзьоба галапагоських в'юрків. Більші дзьоби були відібрані під час посухи, тому розмір дзьоба з часом збільшувався.
    руйнівний, стабілізуючий та напрямок вибору Типи діаграм для полігенної ознаки
    Малюнок\(\PageIndex{3}\): Природний відбір для полігенної ознаки. Природний відбір може вплинути на розподіл полігенної ознаки. На верхній панелі показано руйнівне виділення в відтінках оболонки устриць. Більш поширені найсвітліші і темні відтінки. На середній панелі показано стабілізуючий вибір. Більшість ящірок мають хвости середнього розміру. Нижня нижня панель показує спрямований вибір розміру шиї жирафа.
    Характеристика: Біологія людини в новині

    Нещодавно повідомлені дослідження можуть допомогти вирішити одну з найважливіших і довготривалих загадок біології людини. Загадка полягає в тому, чому люди з генотипом AS для серповидноклітинного гемоглобіну захищені від малярії. Як ви читали вище, їх серповидноклітинний гемоглобін дає їм вищу придатність у районах малярії, ніж звичайні гомозиготи (АА), які мають лише нормальний гемоглобін.

    Паразит малярії та його переносник комарів були виявлені наприкінці 1800-х років. Генетична основа серповидноклітинної гемоглобіну анемії та стійкість до малярії, яку вона надає, були виявлені приблизно в 1950 році. З тих пір вчені припустили, і деякі дані свідчать про те, що нечисленні серповидні еритроцити гетерозигот роблять їх менш гостинними господарями для малярійного паразита, ніж цілком нормальні еритроцити гомозигот АА. Це здається розумною гіпотезою, але чи правильно це? Нове дослідження передбачає іншу гіпотезу.

    Працюючи з генно-інженерними мишами як модельними організмами, дослідники Португалії виявили, що фермент, який виробляє газ чадний газ, виражається на набагато вищих рівнях у присутності серповидноклітинного гемоглобіну, ніж звичайний гемоглобін. Крім того, газ, здається, захищає зараженого господаря від розвитку уражень та симптомів малярії, хоча, здається, він не втручається в життєвий цикл малярійного паразита в еритроцитах. Ці висновки можуть призвести до нових методів лікування малярії, яка все ще є однією з найсерйозніших проблем охорони здоров'я у світі. Результати також можуть пролити світло на інші аномальні варіанти гемоглобіну, які, як відомо, захищають від малярії.

    Рецензія

    1. Чому популяції, а не індивіди, є одиницями еволюції?
    2. Що таке генофонд?
    3. Перерахуйте і визначте чотири сили еволюції.
    4. Чому мутація необхідна для еволюції, хоча вона зазвичай мало впливає на частоти алелів?
    5. Що таке ефект засновника? Наведемо приклад.
    6. Визначте три типи природного відбору за полігенними ознаками.
    7. Поясніть, чому генетичний дрейф найімовірніше відбувається у дуже невеликої популяції.
    8. У деяких видів самки воліють спаровуватися з самцями, які мають певні генетично обумовлені характеристики, такі як яскраве забарвлення або великий ефектний хвіст. Як це змінить частоту алелів у популяції?
    9. Що з перерахованого нижче може спричинити генетичний дрейф?
      1. Стихійне лихо
      2. Велике населення, де члени спаровуються один з одним, а також з новими мігрантами, які приходять у населення.
      3. Острів без птахів, який заселяється невеликою кількістю виду птахів.
      4. Обидва A і C
    10. Правда чи брехня. Частоти алелів можуть змінюватися всередині організму.
    11. Правда чи брехня. Більшість популяцій на Землі знаходяться в рівновазі Харді-Вайнберга.
    12. Правда чи брехня. Частота генотипу може змінюватися, якщо відбувається міграція в популяції або з неї.

    Атрибуції

    1. Аміші на шляху до школи Гладжобій, ліцензований CC BY 2.0 через Wikimedia Commons
    2. Полідактилія Баужат Г, Ле Меррер М. CC BY 2.0 через Вікісховище
    3. Діаграма типу вибору, Azcolvin429, CC BY-SA 3.0; через Wikimedia.org
    4. Текст адаптований з біології людини CK-12 ліцензований CC BY-NC 3.0