5 Czynniki wpływające na równowagę genetyczną

Niektóre z głównych czynników wpływających na równowagę genetyczną i indukujących zmienność w populacji są następujące: (A) Mutacje (B) Rekombinacje podczas rozmnażania płciowego (C) Dryf genetyczny (D) Migracja genów (przepływ genów) (E) Dobór naturalny .

Zgodnie z prawem Hardy-Weinberg Equilibrium względna częstotliwość występowania alleli w populacji pozostaje stała z pokolenia na pokolenie w populacji organizmów rozmnażających się seksualnie, gdy:

(i) Populacja jest na tyle duża, że ​​przypadek pobrania próbki może zostać zignorowany

(ii) Krycie odbywa się losowo;

(iii) Mutacja nie ma miejsca lub jeśli tak się dzieje, wskaźnik jest taki sam w obu kierunkach

(iv) Wszyscy członkowie populacji przetrwają i mają równe wskaźniki reprodukcji

Czynniki wpływające na równowagę Hardy'ego-Weinberga:

Istnieje pięć czynników, które wpływają na równowagę genetyczną i indukują zmienność w populacji. Czynniki te nazywane są czynnikami ewolucyjnymi.

(A) Mutacje:

Charakteryzują się one:

(i) Są to nagłe, duże i dziedziczne zmiany w materiale genetycznym.

(ii) Mutacje są przypadkowe (bezkrytyczne) i występują we wszystkich kierunkach.

(iii) Większość mutacji jest szkodliwych lub neutralnych. Ocenia się, że przydatna jest tylko jedna na 1000 mutacji.

(iv) Wskaźnik mutacji jest bardzo niski, tj. jeden na milion lub jeden na kilka milionów loci genu. Ale tempo mutacji jest wystarczające, aby wytworzyć znaczną zmienność genetyczną.

(v) Niektóre mutacje są preadaptacyjne i pojawiają się nawet bez ekspozycji na określone środowisko. Wyrażają się one i stają się korzystne dopiero po ekspozycji na nowe środowisko, które wybiera tylko wcześniej zachodzące mutacje preadaptacyjne.

Występowanie mutacji preadaptacyjnych w Escherichia coli zostało eksperymentalnie zademonstrowane przez Esther Lederberg (1952) w eksperymencie naśladującym replikę (wyjaśnione w neodarwinizmie).

(vi) Na podstawie ilości użytego materiału genetycznego mutacje są trzech typów (tabela 7.15):

(vii) Na podstawie ich pochodzenia mutacje są dwojakiego rodzaju (tabela 7.16):

Tabela 7.16. Różnice między mutacjami spontanicznymi i indukowanymi.

(viii) Znaczenie mutacji:

(a) Mutacje tworzą i utrzymują zmiany w obrębie populacji.

(b) Wprowadzają również nowe geny i allele w puli genów (ryc. 7.45).

(c) Nagromadzenie mutacji przez wiele pokoleń może prowadzić do specjacji.

(B) Rekombinacje podczas rozmnażania płciowego:

Rekombinacja polega na przetasowaniu genów chromosomów. Szanse na rekombinację są większe w tych organizmach, które podlegają rozmnażaniu płciowemu, które obejmuje gametogenezę, a następnie zapłodnienie.

Rozmnażanie płciowe obejmuje rekombinacje w trzech etapach:

(i) Przejście (rys. 7.46):

Polega ona na wymianie materiału genetycznego pomiędzy nie-siostrzanymi chromatydami homologicznych chromosomów.

Mechanizm przejścia na drugą stronę obejmuje następujące etapy:

(a) Synapsis obejmuje parowanie homologicznych chromosomów podczas etapu zygotenowego w Profazie 1 mejozy, aby utworzyć biwalenty.

(b) Tworzenie tetradu, ponieważ każdy biwalent tworzy się z czterech chromatyd w fazie pachytenu mejozy I.

(c) Tworzenie się chiasmów w wyniku zwijania nie-siostrzanych chromatyd z homologicznych chromosomów, aby utworzyć punkty w kształcie litery X, zwane chiasma.

(d) Przekraczanie oznacza wymianę materiału genetycznego.

(ii) Przez niezależny asortyment chromosomów:

Podczas metafazy-I, biwalenty układają się na równiku wrzeciona w dwóch płytach równikowych lub metafazowych. Podczas anafazy I chromosomy homologiczne poruszają się w kierunku przeciwnych biegunów. Nazywa się to dysjunkcją i skutkuje zmniejszeniem liczby chromosomów. Różnice występują podczas przypadkowego ułożenia biwalentów podczas metafazy I mejozy.

Liczba wytworzonych rekombinacji zależy od liczby dwuwartościowych składników w organizmie i jest podana wzorem 2 ⁿ (gdzie n oznacza liczbę dwuwartościową) np. U człowieka, liczba możliwych kombinacji gamet wynosi 8, 6 x 10 ⁶ (2 ²³ ).

(iii) Losowe nawożenie:

Polega ona na przypadkowej fuzji gamet, np. U człowieka liczba możliwych typów zygoty wynosi 70 x 10 ¹² . Jest tak, ponieważ każdy plemnik z dowolną kombinacją genów może łączyć się z dowolną komórką jajową z dowolną kombinacją genów.

Znaczenie:

Ze względu na rekombinację, ale następuje tylko przetasowanie już istniejących postaci i nie powstają nowe geny, ale prowadzi to do redystrybucji różnych cech do różnych osobników populacji. Różne kombinacje przynoszą różnorodność genotypu i fenotypu różnych organizmów. Więc rekombinacja jest czynnikiem ewolucji.

(C) Dryf genetyczny:

Jest to losowa zmiana częstotliwości występowania alleli w wyniku fluktuacji szans. Charakteryzuje się:

(i) Jest to dwumianowy błąd próbkowania puli genów, tj. allele tworzące pulę genową następnego pokolenia są próbką alleli obecnej populacji.

(ii) Dryf genetyczny zawsze wpływa na częstotliwości alleli i jest odwrotnie proporcjonalny do wielkości populacji. Tak więc dryf genetyczny jest najważniejszy w bardzo małych populacjach, w których zwiększają się szanse na chów wsobny, co zwiększa częstotliwość osób homozygotycznych pod względem recesywnych alleli, z których wiele może być szkodliwych.

(iii) Dryf genetyczny występuje, gdy mała grupa oddziela się od większej populacji i może nie mieć wszystkich alleli lub może różnić się od populacji rodzicielskiej w zakresie częstotliwości niektórych genów. To wyjaśnia różnicę między populacjami wysp a populacją kontynentalną.

(iv) W małej populacji przypadek (np. burza śnieżna) może zwiększyć częstotliwość postaci o niewielkiej wartości adaptacyjnej.

(v) Dryf genetyczny może również działać poprzez efekt założyciela. W tym przypadku dryf genetyczny może powodować dramatyczne zmiany w częstości alleli w populacji pochodzącej od małych grup kolonizatorów, zwanych założycielami, do nowego siedliska.

Założyciele ci nie mają wszystkich alleli znalezionych w źródłowej populacji. Założyciele szybko stają się odmienni od populacji rodzicielskiej i mogą tworzyć nowy gatunek, np. Ewolucję zięb Darwina na Wyspach Galapagos, które prawdopodobnie pochodzi od kilku początkowych założycieli.

(vi) "wąskie gardło" (rys. 7.47):

Jest to zmniejszenie częstotliwości alleli spowodowane drastycznym zmniejszeniem wielkości populacji, zwanym katastrofą populacyjną, np. Spadkiem populacji gepardów w Afryce z powodu nadmiernego polowania. Ponieważ podana pula genowa jest ograniczona, wąskie gardło populacji często uniemożliwia temu gatunkowi przywrócenie dawnego bogactwa, tak więc nowa populacja ma znacznie ograniczoną pulę genową niż większa populacja rodzicielska.

(D) Migracja genów (przepływ genów):

Większość populacji jest jedynie częściowo izolowana od innych populacji tego samego gatunku. Zwykle pomiędzy populacjami występuje emigracja migracyjna (wyprowadzenie niektórych osób z populacji) lub imigracja (wejście niektórych członków populacji do innej populacji tego samego gatunku).

Imigracja powoduje dodanie nowych alleli do istniejącej puli genowej i zmienia częstotliwości alleli. Stopień zmian częstości alleli zależy od różnic między genotypami imigrantów a rodzimą populacją.

Jeśli nie ma dużych różnic genetycznych, wejście do małej grupy migrantów nie zmieni zbytnio częstotliwości alleli. Jednakże, jeśli populacje są genetycznie całkiem różne, niewielka ilość imigracji może spowodować duże zmiany w częstotliwości alleli.

Jeśli migrujące osobniki krzyżują się z członkami lokalnej populacji, zwanymi hybrydyzacją, mogą one wprowadzić wiele nowych alleli do lokalnej puli genowej populacji gospodarza. Nazywa się to migracją genów. Jeśli hybrydy między poszczególnymi gatunkami są płodne, mogą one zainicjować nowy trend ewolucji prowadzący do powstania nowych gatunków.

To dodanie lub usunięcie alleli, gdy osobnicy wchodzą lub opuszczają populację z innej miejscowości nazywa się przepływem genów. Nieograniczony przepływ genów zmniejsza różnice między pulami genów i zmniejsza odrębność między różnymi populacjami.

Tabela 7.17. Różnice między mikroewolucją a makroewolucją.

(E) Dobór naturalny:

(i) Definicja:

Proces, w którym stosunkowo lepiej przystosowane osoby z heterogenicznej populacji są preferowane przez Naturę w porównaniu z osobami mniej przystosowanymi, nazywa się selekcją naturalną.

(ii) Mechanizm:

Proces selekcji naturalnej działa poprzez zróżnicowane rozmnażanie.

Oznacza to, że te osoby, które są najlepiej przystosowane do środowiska, dłużej przetrwają i rozmnażają się z większą częstotliwością i produkują więcej potomstwa niż te, które są mniej przystosowane.

Formery przyczyniają się proporcjonalnie do większego odsetka genów do puli genowej następnego pokolenia, podczas gdy mniej przystosowane osobniki produkują mniej potomstwa. Jeżeli reprodukcja różnicowa będzie kontynuowana przez wiele pokoleń, geny tych osobników, które wytwarzają więcej potomstwa, staną się dominujące w puli genowej populacji (ryc. 7.48):

Ze względu na komunikację seksualną, swobodny przepływ genów powoduje, że zmienność genetyczna, która pojawia się u niektórych osób, stopniowo rozprzestrzenia się od jednego demona do drugiego, od demów do populacji, a następnie do sąsiednich populacji siostrzanych, a wreszcie do większości członków gatunki. Zatem selekcja naturalna powoduje postępujące zmiany w częstotliwościach genu, tj. Częstotliwość genów adaptacyjnych wzrasta, a częstotliwość mniejszych genów adaptacyjnych maleje.

Zatem naturalna selekcja neodarwinizmu działa jako siła twórcza i działa poprzez porównawczy sukces reprodukcyjny. Kumulacja takich zmian prowadzi do powstania nowego gatunku.

(iii) Rodzaje doboru naturalnego:

Istnieją trzy różne rodzaje selekcji naturalnych:

1. Wybór stabilizujący lub równoważący:

Prowadzi to do eliminacji organizmów o nadmiernie określonych cechach i utrzymuje populację homogeniczną, która jest genetycznie stała. Faworyzuje fenotypy przeciętne lub normalne, eliminując osoby z ekstremalnymi ekspresjami. W ten sposób więcej osób zdobywa średnią wartość postaci.

Zmniejsza zmienność, ale nie zmienia wartości średniej. Powoduje bardzo powolne tempo ewolucji. Jeśli narysujemy graficzną krzywą populacji, ma ona kształt dzwonka. Krzywa w kształcie dzwonu zwęża się z powodu eliminacji skrajnych wariantów (ryc. 7.49).

Przykład:

Niedokrwistość sierpowata u ludzi (wyjaśnione w neodarwinizmie).

2. Selekcja kierunkowa lub progresywna:

W tym wyborze populacja zmienia się w kierunku jednego określonego kierunku wraz ze zmianą środowiska. Ponieważ środowisko ulega ciągłej zmianie, organizmy, które nabyły nowe postacie, przeżywają, a inne są stopniowo eliminowane (Ryc. 7.50).

W ten sposób eliminowane są osoby na jednym krańcu (mniej przystosowane), podczas gdy jednostki na innych ekstremalnych (bardziej przystosowanych) są uprzywilejowane. Daje to coraz więcej dostosowanych osób w populacji, gdy taka selekcja działa przez wiele pokoleń. W tego rodzaju selekcji więcej osób nabywa wartość inną niż średnia wartość znaku.

Przykłady:

Industrials melanism (wyjaśnione w neodarwinizm):

W tym czasie liczba jasnych moli {Biston betularia) zmniejszała się stopniowo, podczas gdy liczba ciem melanowych (B. carbonaria) zwiększała się, wskazując na selekcję kierunkową.

Komary odporne na DDT (wyjaśnione w neodarwinizmie):

W ten sposób wrażliwe komary zostały wyeliminowane, a odporne zwiększyły się. Więc populacja odpornych komarów zwiększyła się, pokazując kierunkową selekcję.

3. Selekcja zakłócająca:

Jest to rodzaj doboru naturalnego, który faworyzuje skrajne wyrażanie pewnych cech w celu zwiększenia wariancji w populacji. Łamie jednorodną populację w wiele form adaptacyjnych. Powoduje to zrównoważony polimorfizm.

W tym typie selekcji coraz więcej osób uzyskuje wartość obwodową na obu końcach krzywej rozkładu. Ten rodzaj selekcji jest rzadki i eliminuje większość członków o średniej ekspresji, tworząc dwa piki w rozkładzie cechy (ryc. 7.51).

Przykład:

W morzu trzy rodzaje ślimaków, tj. Biały kolor; występują w kolorze brązowym i czarnym. Białe ślimaki są niewidoczne, gdy są pokryte pąkle. Czarne ślimaki są niewidoczne, gdy skała jest pusta. Ale ślimaki w kolorze brązowym są zjadane przez drapieżniki w obu warunkach. Tak więc są one stopniowo eliminowane.