1: Вступ

Last updated
Save as PDF

Page ID: 7894

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

Наша популяція складається з набору схрещуваних особин, генетичний склад яких складається з геномів, які несе кожна особина. Генетичний склад популяції змінюється через смерть особин або міграцію індивідів у популяції або поза нею. Якщо наші особини різняться за кількістю дітей, які вони мають, це також змінює генетичний склад популяції в наступному поколінні. Кожна нова особина, народжена в популяції, тонко змінює генетичний склад популяції. Їх геном - це унікальна комбінація геномів батьків, яка була перетасована сегрегацією та рекомбінацією під час мейозів, і, можливо, змінена мутацією. Ці окремі події здаються незначними на рівні населення, але саме накопичення невеликих змін у сукупності між окремими людьми та поколіннями є матеріалом еволюції. Саме поєднання цих невеликих змін протягом десятків, сотень і мільйонів поколінь керує дивовижною різноманітністю життя, яке виникло на цій землі.

Популяційна генетика - це вивчення генетичного складу природних популяцій і його еволюційних причин і наслідків. Кількісна генетика - це вивчення генетичної основи фенотипічної варіації та того, як фенотипічні зміни еволюціонують з часом. Обидва поля тісно концептуально вирівняні, як ми побачимо в цих нотатках. Вони прагнуть описати, як генетичний і фенотипічний склад популяцій може змінюватися з часом силами мутації, рекомбінації, відбору, міграції та генетичного дрейфу. Щоб зрозуміти, як ці сили взаємодіють, корисно розробити прості теоретичні моделі, які допоможуть нашій інтуїції. У цих примітках ми опрацюємо ці моделі та узагальнимо основні сфери популяційної та кількісно-генетичної теорії.

Хоча моделі, які ми будемо розробляти, здаватимуться наївними, і справді вони є, вони, тим не менш, неймовірно корисні та потужні. Протягом усього курсу ми побачимо, що ці прості моделі часто дають точні прогнози, такі, що більша частина нашого розуміння процесу еволюції будується на цих моделям. Ми також побачимо, як ці моделі неймовірно корисні для розуміння реальних закономірностей, які ми бачимо в еволюції фенотипів і геномів, таким чином, що більша частина нашого аналізу еволюції, в різних областях від медичної генетики людини до збереження, базується на цих моделям. Тому популяційна та кількісна генетика є ключовими для розуміння різних прикладних питань, від того, як медична генетика визначає гени, що беруть участь у захворюванні, до того, як ми зберігаємо види від вимирання.

Всі моделі помиляються, але деякі корисні». - Джордж Бокс

Популяційна генетика виникла внаслідок ранніх зусиль узгодити менделівську генетику з дарвінівською думкою. Частина сили популяційної генетики походить від того, що основні правила трансмісійної генетики прості і майже універсальні. Однією з справді чудових речей щодо генетики населення є те, що багато важливих ідей та математичних моделей з'явилися до 1940-х років, задовго до того, як була виявлена механістична основа спадкування (ДНК), і все ж корисність цих моделей не зменшилася. Це свідчить про те, що моделі встановлюються на дуже міцному фундаменті, виходячи з основних правил генетичної передачі в поєднанні з простими математичними та статистичними моделями.

Значна частина цієї ранньої роботи простежується на ідеях Р.А. Фішера, Севолла Райта та Дж.Б.С. Холдейна, які, поряд з багатьма іншими, описали ранні принципи та математичні моделі, що лежать в основі нашого розуміння еволюції популяцій. Спираючись на це концептуальне злиття генетики та еволюції, слідував розквіт еволюційної думки, сучасного еволюційного синтезу, поєднуючи ці ідеї з ідеями з вивчення видоутворення, біорізноманіття та палеонтології. Загалом ця робота показала, що як короткострокові еволюційні зміни, так і довгострокову еволюцію біорізноманіття можна добре зрозуміти через поступове накопичення еволюційних змін всередині та серед популяцій. Цей еволюційний синтез триває донині, поєднуючи нові уявлення з геноміки, філогенетики, екології та біології розвитку.

Популяція та кількісна генетика є необхідним, але недостатнім описом еволюції; лише поєднуючи уявлення про багато галузей, з'являється багата та всебічна картина еволюції. Нам, звичайно, не потрібно знати гени, що лежать в основі проявів райських птахів, щоб вивчити, як розбіжність цих проявів через статевий відбір може стимулювати видоутворення. Дійсно, як ми побачимо в нашому обговоренні кількісної генетики, ми можемо передбачити, як популяції реагують на відбір, включаючи статевий відбір та асортативне спарювання, без будь-яких знань про залучені локуси. Також нам не потрібно знати точний тиск відбору та впорядкування генетичних змін для вивчення появи плану тіла тетрапод. Нам не обов'язково знати всі генетичні деталі, щоб оцінити красу цих та багатьох інших еволюційних тематичних досліджень. Однак кожен студент біології отримує вигоду від розуміння основ популяції та кількісної генетики, що дозволяє їм базувати свої дослідження на твердій основі розуміння процесів, які лежать в основі всіх еволюційних змін.