Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

11.2: Механізми еволюції

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    462

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

    Принцип рівноваги Харді-Вайнберга говорить, що алельні частоти в популяції залишатимуться постійними за відсутності чотирьох факторів, які могли б їх змінити. Такими факторами є природний відбір, мутація, генетичний дрейф та міграція (потік генів). Насправді, ми знаємо, що вони, ймовірно, завжди впливають на населення.

    Природний відбір

    Природний відбір вже обговорювався. Алелі виражаються в фенотипі. Залежно від умов навколишнього середовища, фенотип надає перевагу чи недоліку людині з фенотипом щодо інших фенотипів у популяції. Якщо це перевага, то ця людина, швидше за все, матиме більше потомства, ніж особи з іншими фенотипами, і це означатиме, що алель за фенотипом матиме більше представництва в наступному поколінні. Якщо умови залишаться колишніми, то принесуть користь і ті потомства, які несуть один і той же алель. Згодом алель буде збільшуватися в частоті в популяції.

    Мутація

    Мутація є джерелом нових алелів в популяції. Мутація - це зміна послідовності ДНК гена. Мутація може змінити один алель на інший, але чистий ефект - це зміна частоти. Зміна частоти, що виникає в результаті мутації, невелика, тому її вплив на еволюцію невеликий, якщо вона не взаємодіє з одним з інших факторів, таких як вибір. Мутація може призвести до аллелю, який вибрано проти, вибрано для або вибірково нейтральний. Шкідливі мутації видаляються з популяції шляхом відбору і, як правило, зустрічаються лише на дуже низьких частотах, рівних швидкості мутації. Вигідні мутації поширюватимуться через населення шляхом відбору, хоча це початкове поширення є повільним. Чи є мутація корисною чи шкідливою, визначається тим, чи допомагає вона організму вижити до статевої зрілості та розмножуватися. Слід зазначити, що мутація є кінцевим джерелом генетичних змін у всіх популяціях - нових алелів, і, отже, нові генетичні варіації виникають через мутацію.

    генетичний дрей

    Іншим способом аллельних частот популяції може змінитися є генетичний дрейф (Малюнок \(\PageIndex{1}\)), який є просто ефектом випадковості. Генетичний дрейф найбільш важливий у невеликих популяціях. Дрейф був би повністю відсутній у популяції з нескінченними особинами, але, звичайно, жодна популяція не є такою великою. Генетичний дрейф відбувається тому, що алелі в поколінні потомства є випадковою вибіркою алелів у батьківському поколінні. Алелі можуть або не можуть потрапити в наступне покоління через випадкові події, включаючи смертність людини, події, що впливають на пошук партнера, і навіть події, що впливають на те, які гамети закінчуються заплідненням. Якщо одна особина в популяції з десяти особин загине, перш ніж вона залишить потомство наступному поколінню, всі її гени - десята частина генофонду популяції - будуть раптово втрачені. У популяції в 100 осіб ця 1 особина становить лише 1 відсоток загального генофонду; отже, вона має набагато менший вплив на генетичну структуру населення і навряд чи видалить всі копії навіть відносно рідкісного алеля.

    Уявіть собі популяцію з десяти особин, наполовину з алелем А і наполовину з алелем а (особини гаплоїдні). У стабільній популяції наступне покоління також матиме десять особин. Виберіть це покоління випадковим чином, перевертаючи монету десять разів, і нехай голови будуть A, а хвости - a . Навряд чи наступне покоління матиме рівно половину кожного аллеля. Там може бути шість з одного і чотири інших, або якийсь інший набір частот. Таким чином, алельні частоти змінилися і сталася еволюція. Монета більше не працюватиме, щоб вибрати наступне покоління (оскільки шанси більше не становлять половини для кожного алеля). Частота в кожному поколінні буде дрейфувати вгору і вниз на те, що відомо як випадкова прогулянка, поки в одній точці не будуть обрані всі A або всі a , і що алель фіксується з цієї точки. Це може зайняти дуже багато часу для великого населення. Це спрощення не дуже біологічне, але можна показати, що справжні популяції поводяться таким чином. Вплив дрейфу на частоти тим більше, чим менше населення. Його вплив також більше на алель з частотою, далекою від половини. Дрейф вплине на кожен алель, навіть ті, які вибираються природним шляхом.

    АРТ КОНК

    Популяція налічує десять кроликів. Три з цих кроликів гомозиготні домінантні для алеля А і мають коричневий колір шерсті. П'ятірки гетерозиготні, а також мають коричневий колір шерсті. Два гомозиготні рецесивні і мають білий колір шерсті. Частота великого алеля A, p, становить .5 і частота малого алеля, q, також дорівнює .5. Тільки п'ять кроликів, включаючи двох гомозиготних домінантних і трьох гетерозиготних особин, дають потомство. П'ять отриманого потомства гомозиготні домінантні, чотири - гетерозиготні, а одне - гомозиготні рецесивні. Частота алелів у другому поколінні p=.7 і q=.3. Тільки два кролика в другому поколінні дають потомство, і обидва ці гомозиготні домінанти. В результаті рецесивний маленький алель втрачається в третьому поколінні, а всі кролики гетерозиготні домінанти з коричневим забарвленням шерсті.
    Ілюстрація \(\PageIndex{1}\): Генетичний дрейф у популяції може призвести до випадкового виведення алеля з популяції. У кожному поколінні відтворюється випадковий набір особин для отримання наступного покоління. Частота алелей в наступному поколінні дорівнює частоті алелей серед розмножуються особин.

    Як ви думаєте, генетичний дрейф швидше відбудеться на острові чи на материку?

    Генетичний дрейф також може бути збільшений природними або спричиненими людиною подіями, такими як катастрофа, яка випадково вбиває велику частину населення, яка відома як ефект вузького місця , що призводить до того, що велика частина генома раптово знищується (Малюнок \(\PageIndex{2}\)). Одним махом генетична структура тих, що вижили стає генетичною структурою всієї популяції, яка може сильно відрізнятися від популяції до катастрофи. Катастрофа повинна бути такою, яка вбиває з причин, не пов'язаних з рисами організму, такими як ураган або потік лави. Масове вбивство, спричинене незвично холодними температурами вночі, ймовірно, вплине на людей по-різному залежно від алелей, якими вони володіють, що надають холодостійкість.

    На ілюстрації зображена пляшка з вузькою горловиною, наповнена червоним, помаранчевим та зеленим мармуром з наконечником, щоб мармур виливався у склянку. Через вузьке місце тікають лише сім мармурів, і всі вони помаранчеві та зелені. Мармури в пляшці представляють первісну популяцію, а мармури в склі представляють уціліле населення. Через ефект вузького місця населення, що вижило, менш різноманітне, ніж вихідне населення.
    Малюнок \(\PageIndex{2}\): Випадкова подія або катастрофа можуть зменшити генетичну мінливість в популяції.

    Інший сценарій, при якому популяції можуть відчувати сильний вплив генетичного дрейфу, - це якщо якась частина населення залишає завести нову популяцію на новому місці, або якщо популяція ділиться на якийсь фізичний бар'єр. У цій ситуації ці особи навряд чи будуть репрезентативними для всієї популяції, що призводить до ефекту засновника. Ефект засновника виникає, коли генетична структура відповідає структурі батьків-засновників та матерів нового населення. Вважається, що ефект засновника був ключовим фактором генетичної історії населення африканерів голландських поселенців у Південній Африці, про що свідчать мутації, які поширені у африканерів, але рідкісні у більшості інших популяцій. Ймовірно, це пов'язано з більшою, ніж нормальною часткою колоністів-засновників, які були невеликою вибіркою первісної популяції, перенесли ці мутації. Як результат, населення висловлює незвично високі випадки хвороби Хантінгтона (HD) та анемії Фанконі (ФА), генетичного розладу, яке, як відомо, спричиняє кістковий мозок та вроджені аномалії, і навіть рак. 1

    ПОНЯТТЯ В ДІЇ

    Відвідайте цей сайт , щоб дізнатися більше про генетичний дрейф і запустити моделювання змін алелів, викликаних дрейфом.

    Потік генів

    Іншою важливою еволюційною силою є потік генів, або потік алелів в і з популяції в результаті міграції осіб або гамет (Малюнок \(\PageIndex{3}\)). Хоча деякі популяції досить стабільні, інші відчувають більший потік. Багато рослин, наприклад, відправляють насіння далеко і широко, вітром або в кишки тварин; ці насіння можуть ввести алелі, поширені в популяції джерел, до нової популяції, в якій вони рідкісні.

    На ілюстрації показана особина з популяції бурих жуків, які подорожують до популяції зелених жуків.
    Малюнок \(\PageIndex{3}\): Потік генів може відбуватися, коли людина подорожує з одного географічного положення в інше і приєднується до іншої популяції виду. У наведеному тут прикладі коричневий алель вводиться в зелену популяцію.

    Резюме

    Існує чотири фактори, які можуть змінити алельні частоти популяції. Природний відбір працює, вибираючи для алелей, які надають корисні риси або поведінку, вибираючи проти тих, для шкідливих якостей. Мутації вводять нові алелі в популяцію. Генетичний дрейф виникає з ймовірності виникнення того, що деякі люди мають більше потомства, ніж інші, і призводить до зміни частот алелів, які є випадковими за напрямком. Коли особини залишають або приєднуються до популяції, частоти алелів можуть змінюватися в результаті потоку генів.

    Мистецькі зв'язки

    Малюнок \(\PageIndex{1}\): Як ви вважаєте, генетичний дрейф відбудеться швидше на острові чи на материку?

    Відповідь

    Генетичний дрейф, швидше за все, відбуватиметься швидше на острові, де очікується менша популяція.

    Глосарій

    ефект вузького місця
    збільшення генетичного дрейфу в результаті природних подій або катастроф
    засновник ефект
    збільшення генетичного дрейфу в невеликій популяції, яка мігрує від великої батьківської популяції, несучи з собою непредставницькі набір алелів
    ген потік
    потік алелів в і з популяції через міграцію окремих осіб або гамет

    Дописувачі та атрибуції