Генетика популяций кратко и понятно

Закон Харди-Вайнберга

Рассмотрение каждого из механизмов определяющих генетическую структуру популяции, заслуживает отдельной статьи, но понимание их невозможно без рассмотрения ключевого закона популяционной генетики – закона Харди-Вайнберга или закона равновесного состояния

На нем и остановим своё внимание

Итак, механизмы этого закона был открыты в 1908 г. английским математиком Харди (Hardy) и немецким врачом (Weinberg) независимо друг от друга.

Для его понимания рассмотрим такое понятие как случайное скрещивание.

Итак, согласно закону Харди-Вайнберга при отсутствии элементарных эволюционных процессов (естественного отбора, мутаций, дрейфа генов и миграции) частоты генов из поколения в поколение остаются неизменными. Соответственно если скрещивания случайны, частота генотипа связана простым квадратичным соотношением с частотой генов (аллелей). Если речь идет об аутосомном локусе, то равновесие генов достигается за одно поколение, и если дополнительные вмешательства, нарушающие структуру популяции, отсутствуют, сохраняется во всех последующих поколениях. Если же мы говорим о сцепленных с полом локусах, равновесные частоты генотипов устанавливаются постепенно.

Годфри Харолд Харди (1877-1947)

Таким образом равновесные частоты генотипов определяются произведениями частот соответствующих аллелей. В случае наличия только двух аллелей А (с частотой встречаемости p) и а (с частотой — q), частоты каждого их трех возможных генотипов будут выражены уравнением:

(p + q) 2 = p 2 + 2pq + q 2 = 1.

Если мы говорим о трех аллелях А, а, А’ с частотами p, q, r, формула будет иметь вид:

(p + q + r) 2 = p 2 + q 2 + r 2 + 2pq + 2pr + 2qr = 1.

Этот прием возведения в квадрат многочлена может быть использован для определения равновесных частот генотипов при любом числе аллелей. При этом сумма частот генотипов (как и аллелей) всегда должна равняться единице.

Задачи на закон Харди-Вайнберга не всегда просто даются начинающим генетикам. Помните, что Вы всегда можете обратиться к нашим авторам за квалифицированной и своевременной помощью! Сделайте процесс своего обучения приятным и легким вместе с Zaochnik!

Иван Колобков, известный также как Джони. Маркетолог, аналитик и копирайтер компании Zaochnik. Подающий надежды молодой писатель. Питает любовь к физике, раритетным вещам и творчеству Ч. Буковски.

Из видеоурока вы узнаете о том, что такое популяция. О том, что популяциям свойственна изменчивость, которая приводит не только к разнообразию в популяции, но и к образованию новых подвидов и видов. Также вы узнаете о том, что в популяциях имеются большие запасы аллелей, которые не приносят им какой-либо пользы в данном месте или в данное время. Они сохраняются в популяции в гетерозиготном состоянии, пока в результате изменения условий среды вдруг не окажутся полезными. В данном уроке приводятся следующие понятия: популяция, естественный отбор, популяционная генетика, генофонд, мутационный процесс, гетерозиготность, изменчивость популяции.

Динамика популяций

Динамика и рост численности экосистем зависит от внешних и внутренних факторов, таких как наличие пищи, враги, климат.

Основателем популяционной генетики является С.С. Четвериков, который назвал рост численности “волнами жизни”.

Точно определить среднее число особей можно при условии искусственной полной изоляции группы. В природе такое возможно при изучении островных экосистем. Определить численность можно соотношением рождаемости и смертности.

“Волны жизни” помогают иногда выдвигать вперёд редкие генотипы, проверяя их естественным отбором. Так, например, после холодной зимы в живых остаются более сильные, холодоустойчивые организмы.

Рис. 3. Пример динамики популяций.

Что такое популяция

Популяция — это термин, который происходит от латинского — populatio, т.е. население. Он обозначает совокупность организмов относящихся к одному виду, которые длительное время обитают на определённой территории (имеют общий ареал обитания) и полностью либо частично изолированны от особей других аналогичных групп того же вида.

Безусловно для понимания данного термина следует привести пример. И, как говорится, будем «тренироваться, на кошках». Поэтому в качестве примера популяции рассмотрим бездомных кошек в городе. Они все принадлежат к одному виду и имеют общий ареал обитания (город), и попасть в другой город для них достаточно проблематично, так как для этого необходимо покрыть огромное расстояние, что обуславливает их относительную изоляцию.

Популяция

Пространственная структура

Определяется плотностью размещения и распределения на определённой местности членов экосистемы. Все особи имеют как индивидуальное, так и групповое пространство. Таким способом образуются стаи, колонии, стада. В зависимости от способа размещения в группе различают случайное, равномерное и скученное распределение.

Каждая особь играет свою роль в группе, при этом формируется социальная иерархия.Она может быть:

линейной (подчинение по рангам, когда последующий главенствует над предыдущим);
параллельной (у самцов и самок отдельные вожаки).

Такая система взаимоотношений позволяет согласовывать поведение, которое будет выгодно для всех членов группы.

Значение

С помощью функционирования популяций создаются условия необходимые для поддержания жизни на нашей планете. Своей жизнедеятельностью живые организмы влияют на окружающую среду ареала. Именно от экосистем зависит круговорот веществ в природе, создаются определённые условия, происходит взаимообмен между живой и неживой природой. Совместная работа популяций определяет характеристику биотических конгломераций и экологических условий.

Что мы узнали?

Понятие “популяция” в биологии подразумевает количество всех особей одного вида, проживающих в одном ареале и способных свободно скрещиваться. Составляющими данного понятия являются половая, возрастная, экологическая, генетическая и пространственная структуры. Все они тесно связаны между собой, влияют на окружающую среду и обеспечивают круговорот веществ в природе.

/10

Вопрос 1 из 10

Что называют популяцией?
- совокупность всех особей одного вида, проживающих на одной территории
- конкретная особь одного вида существующая повсеместно
- особи одного вида, обитающие повсеместно
- многообразие видов проживающих на одной территории

Применение уравнения Харди-Вайнберга

В большинстве случаев частоту аллелей и генотипов вычисляют, взяв за основу частоту гомозиготных особей по рецессивному аллелю. Это единственный генотип, который однозначно распознается по фенотипическому проявлению. Тогда как отличить доминантные гомозиготы от гетерозигот часто не представляется возможным, поэтому их долю вычисляют, пользуясь уравнением Харди-Вайнберга.

Допустим, в гипотетической популяции людей присутствуют только два аллеля цвета глаз — карий и голубой. Карий цвет определяется доминантным аллелем гена, голубой — рецессивным . Пусть кареглазых людей будет 75% (или в долях 0,75), а голубоглазых 25% (0,25). Требуется определить в популяции

долю гетерозигот и доминантных гомозигот ,
частоту аллелей и .

Если доля рецессивных гомозигот составляет 0,25, то доля рецессивного аллеля находится как квадратный корень из этого числа (исходя из формулы p2 + 2pq + q2 = 1, где q2 — частота рецессивных гомозигот, а q — частота рецессивного аллеля), то есть будет 0,5 (или 50%). Поскольку в гипотетической популяции только два аллеля, сумма их долей составит единицу: p + q = 1. Отсюда находим долю доминантного аллеля: p = 1 — 0,5 = 0,5. Таким образом, частота обоих аллелей составляет по 50%. Мы ответили на второй вопрос.

Частота гетерозигот составляет 2pq. В данном случае 2 * 0,5 * 0,5 = 0,5. Отсюда следует, что из 75% кареглазых людей 50% являются гетерозиготами. Тогда на долю доминантных гомозигот остается 25%. Мы ответили на первый вопрос задачи.

Рассмотрим другой пример использования уравнения Харди-Вайнберга. Такое заболевание человека как муковисцидоз встречается только у рецессивных гомозигот. Частота заболевания составляет примерно 1 больной на 2500 человек. Это значит, что 4 человека из 10000 являются гомозиготами, что составляет в долях единицы 0,0004. Таким образом, q2 = 0,0004. Извлекая квадратный корень, находим частоту рецессивного аллеля: q = 0,02 (или 2 %). Частота доминантного аллеля будет равна p = 1 — 0,02 = 0,98. Частота гетерозигот: 2pq = 2 · 0,98 · 0,02 = 0,039 (или 3,9 %). Значение частоты гетерозигот позволяет оценить количество патогенных генов, находящихся в скрытом состоянии.

Такие вычисления показывают, что, несмотря на малое число особей с гомозиготным рецессивным генотипом, частота рецессивного аллеля в популяциях достаточно велика за счет его нахождения в генотипах гетерозигот (носителей).

Слайд 18 3) Естественный отбор. В нативных (природных) популяциях является

В популяциях Homo sapiens роль естественного отбора, как фактора изменяющего

генофонд и структуру популяций снижена (наука, медицина, социальное обустройство и др.). Однако, в результате спонтанных абортов, мертворождений и смерти детей после рождения не доживших до репродуктивного возраста и не реализовавших свои гены в последующих поколениях, формируют естественный отбор, величина которого в популяциях определяется как индекс Кроу по формуле: I tot = Im +1 | Ps x If, где I tot – величина естественного отбора, Im – индекс смертности (Im=Pd|Ps , где Pd — доля не доживших до репродуктивного возраста; Ps- доля, доживших до репродуктивного возраста; If – индекс плодовитости: If= Vx|x2 , где х- среднее число детей в семье (размер семьи), Vx — дисперсия.

Этапы развития популяционной генетики

История становления этого раздела генетики состоит из четырех основных этапов, которые затрагивают определенные промежутки времени и имеют свое значение:

Вторая половина 1920-х — конец 1930-х годов. Период характеризуется накоплением информации о генетической гетерогенности популяций. Итогом стало появление представлений о полиморфизме (способность некоторых организмов существовать в состояниях с различной внутренней структурой или в разных внешних формах) популяций.
1940-е — середина 1960-х годов. На этом этапе осуществляется изучение механизмов поддержания генетического полиморфизма популяций

Появляются представление о важности гетерозиса в становлении генетического полиморфизма.
Вторая половина 1960-х — конец 1970-х. Широко применяется белковый электрофорез для изучения полиморфизма популяций

Происходит формирование идей о нейтральном характере эволюции.
С конца 1970-х годов. Происходит смещение в сторону ДНК-технологий для изучения особенностей процессов, осуществляющихся в популяциях. Одним из важнейших моментов этого этапа является начало широкого применения вычислительной техники и специальных программ для анализа различных типов генетических данных.

Остались вопросы? Не справляешься с контрольной работой, курсовой или дипломом? Пиши специалистам ФениксХелп, они помогут разобраться с работой любой сложности.

Происхождение атласских гор кратко
Стадии налоговой ответственности кратко
Ядерная доктрина хрущева кратко
Рекомбинация это кратко физика
Общественные отношения кочевников кратко