9.3: Генетичне різноманіття

На відміну від екосистемного та видового різноманіття, генетичне різноманіття є мірою мінливості серед особин у межах одного виду. Генетичне різноманіття представлено різноманітністю алелей, присутніх всередині популяції. Ген являє собою фундаментальну фізичну одиницю спадковості, а алелі - специфічні версії цих генів. Наприклад, у гороху є ген кольорів квітів, один алель для цього гена несе інформацію для білих квітів, тоді як інший алель несе інформацію про фіолетові квіти. Алелі передаються від батька до потомства. Мутації, зміни послідовностей ДНК, які зазвичай виникають внаслідок помилок під час реплікації ДНК, є вихідним джерелом нових алелів.

В результаті статевого розмноження особини можуть мати різні комбінації алелів для кожного гена. Генетичне різноманіття забезпечує сировину для еволюційної адаптації - процесу, за допомогою якого генетичний склад популяцій змінюється з часом таким чином, що робить його більш придатним для навколишнього середовища.

Втрата генетичного різноманіття робить вид менш здатним до успішного розмноження та менш пристосованим до мінливого середовища або до нового захворювання. Невеликі популяції видів особливо схильні до втрати генетичного різноманіття. Коли вид втрачає занадто багато особин, він стає генетично однорідним. Деякі з причин втрати генетичного різноманіття включають: інбридинг серед близькоспоріднених осіб та генетичний дрейф, процес, за допомогою якого генетичний склад популяції коливається випадковим чином з часом.

Низька генетична різноманітність робить Тасманійського диявола (фігуру\(\PageIndex{a}\)) особливо вразливим до диявольської пухлинної хвороби обличчя (DFTD), раку, який загрожує йому зникненням. Контагіозний рак, як правило, поширюється вірусами, які можуть передавати гени, що викликають рак; однак у випадку ДФТД самі ракові клітини поширюються між особами. Зазвичай імунна система може розпізнавати ракові клітини, інфіковані клітини та чужорідні клітини, але клітини ДФТД ухиляються від імунної системи. Якби тасманійські дияволи мали високу генетичну різноманітність, цілком ймовірно, що деякі особини мали б алелі, які зробили їх стійкими до ДФТД. Ці особи виживали і розмножувалися частіше, ніж інші, а стійкі алелі стали б більш поширеними в популяції (відбулася б еволюційна адаптація). Оскільки тасманійські дияволи мають низьке генетичне різноманіття, менше можливостей для такої еволюційної адаптації.

Ілюстрація\(\PageIndex{a}\): Тасманійський диявол в оборонній позиції, в парку збереження Тасманійського диявола, півострів Тасман. Зображення Уейн Маклін (CC-BY-SA).

Генетичне різноманіття має важливе значення для сільського господарства. З початку людського землеробства понад 10 000 років тому людські групи займалися селекцією та відбором сортів сільськогосподарських культур. Ця різноманітність культур відповідала культурному різноманіттю сильно розділених популяцій людей. Наприклад, картопля була одомашнена, починаючи приблизно 7000 років тому в центральних Андах Перу та Болівії. Люди в цьому регіоні традиційно жили у відносно ізольованих поселеннях, розділених горами. Картопля, вирощена в цьому регіоні, належить до семи видів, а кількість сортів, ймовірно, обчислюється тисячами. Кожен сорт був виведений для процвітання на певних висотах та ґрунтових та кліматичних умовах. Різноманітність обумовлена різноманітними вимогами різких перепадів висот, обмеженим рухом людей та вимогами, створеними сівозміною до різних сортів, які будуть добре працювати на різних порах.

Картопля демонструє відомий приклад ризиків низької різноманітності врожаю: під час трагічного голоду ірландського картоплі (1845—1852 рр. н.е.) єдиний сорт картоплі, вирощений в Ірландії, став сприйнятливим до картопляного фітофторозу - знищення врожаю (рисунок\(\PageIndex{b}\)). Втрата врожаю призвела до голоду, смерті та масової еміграції. Стійкість до хвороб є головною перевагою для збереження біорізноманіття сільськогосподарських культур, а відсутність різноманітності у сучасних видів сільськогосподарських культур несе подібні ризики. Насіннєві компанії, які є джерелом більшості сортів сільськогосподарських культур у розвинених країнах, повинні постійно виводити нові сорти, щоб не відставати від організмів шкідників, що розвиваються. Ці ж насіннєві компанії, однак, брали участь у зменшенні кількості доступних сортів, оскільки вони зосереджені на продажу меншої кількості сортів у більшій кількості районів світу, замінюючи традиційні місцеві сорти.

Малюнок\(\PageIndex{b}\): Вплив фітофторозу картоплі, який викликається водяною цвіллю Phytophthora infestans. Зображення USDA (суспільне надбання).

Картопля - лише один із прикладів сільськогосподарського різноманіття. Кожна рослина, тварина та гриб, яку культивували люди, були виведені з оригінальних видів диких предків у різноманітні сорти, що виникають внаслідок вимог до харчової цінності, адаптації до умов вирощування та стійкості до шкідників. Можливість створювати нові сорти врожаю спирається на різноманітність наявних сортів і наявність диких форм, пов'язаних з культурою рослини. Ці дикі форми часто є джерелом нових варіантів генів, які можна виводити з існуючими сортами для створення сортів з новими ознаками. Втрата диких видів, пов'язаних з урожаєм, означатиме втрату потенціалу покращення врожаю. Підтримка генетичного різноманіття диких видів, пов'язаних з одомашненими видами, забезпечує наше постійне постачання їжі.

З 1920-х років урядові відомства сільського господарства підтримували банки насіння сортів культур як спосіб підтримки різноманітності сільськогосподарських культур. Ця система має недоліки, оскільки з часом сорти насіння втрачаються через аварії, і немає можливості їх замінити. У 2008 році Світовий насіннєвий Vault Svalbard, розташований на острові Шпіцберген, Норвегія, (малюнок\(\PageIndex{c}\)) почав зберігати насіння з усього світу як резервну систему для регіональних насіннєвих банків. Якщо регіональний банк насіння зберігає сорти на Шпіцбергені, втрати можуть бути замінені на Шпіцбергені, якщо щось трапиться з регіональним насінням. Сховище насіння Шпіцбергена знаходиться глибоко в скелі арктичного острова. Умови всередині склепіння підтримуються при ідеальній температурі та вологості для виживання насіння, але глибоке підземне розташування склепіння в арктиці означає, що збій систем склепіння не поставить під загрозу кліматичні умови всередині склепіння.

Малюнок\(\PageIndex{c}\): Світовий насіннєвий сховище Svalbard Global Seed Vault є сховищем для насіння різноманітних культур Землі. (кредит: Марі Терре, Шпіцберген Глобальний насіннєвий сховище)

Додаткове читання

Данлеп, Гарретт. 2018 рік. Факти зіткнення: Чому трансмісивний рак обличчя знищує населення тасманійського диявола. Блог СІТН. Вища школа мистецтв і наук. Гарвардський університет.

Атрибуції

Модифікований Мелісою Ха з наступних джерел:

• Біологічний від AP Environmental Science за підготовкою до коледжу Каліфорнійського університету, Каліфорнійський університет (ліцензований відповідно до CC-BY). Завантажте безкоштовно на CNX.
• Важливість біорізноманіття з екологічної біології Метью Фішер (ліцензований відповідно до CC-BY)