Направленные и случайные изменения генофондов в ряду поколений

Направленные и случайные изменения генофондов в ряду поколений

11 класс, базовый уровень

Автор: Григорьева О.Л.

Популяция – это совокупность особей одного вида, занимающих обособленную территорию в пределах ареала вида, свободно скрещивающихся друг с другом и в той или иной степени изолированных от других популяций данного вида.

Популяция окуней

Термин «популяция» ввел в экологию датский биолог Вильгельм Людвиг Иогансен в 1903 г.

Популяция  (от лат.  populus —  народ, население) — относительно изолированная и способная к саморегуляции группа особей одного вида, длительно обитающих на общей территории, свободно скрещивающихся между собой и дающих плодовитое потомство.

Вильгельм Людвиг Иогансен

Свойства популяции

• Популяция существует в определённых экологических условиях.
• Максимальное сходство признаков у особей одной популяции, т.к. происходит свободное скрещивание (панмиксия) внутри популяции и естественный отбор оказывает одинаковое давление.
• Особи генетически неоднородны вследствие комбинативной и мутационной изменчивости.
• Разные популяции одного вида отличаются друг от друга частотой встречаемости аллелей, т.к. в разных условиях среды давление естественного отбора разное, отбору подвергаются разные гены.
• Популяция – элементарная единица эволюции, т.к. популяция существует в природе длительное время, в ней идёт борьба за существование и действует естественный отбор.
• В больших популяциях действует закон Харди – Вайнберга: в большой (идеальной) популяции наблюдается постоянство частот аллелей, гомо- и гетерозигот, и оно не изменяется в ряду поколений.

Важными характеристиками популяции являются:

1) генофонд (совокупность генов);

2) частоты определённых аллелей и генотипов.

Частоты аллелей в популяциях могут меняться в определённых направлениях

Направленного характера (естественный отбор)

Ненаправленного характера (дрейф генов)

Естественный отбор

Шансы организма выжить и размножаться зависят от приспособленности его к тем условиям, в которых он живёт.

Оценить приспособленность каждой конкретной особи можно по количеству потомков оставленных данной особью (из 2-х особей более приспособлена та, которая оставит больше потомков, т.е. внесёт больше своих аллелей в генофонд следующего поколения).

Избирательное выживание и размножение наиболее приспособленных особей в популяциях Ч. Дарвин назвал естественный отбором.

Благодаря естественному отбору из поколения в поколение в генофонде популяций:

• увеличивается частота аллелей, определяющих более высокую приспособленность их носителей;
• снижается частота вредных аллелей.

Формы естественного отбора

Признак

Движущий отбор

Условия действия

При постепенном и нерезком изменении условий существования организмов.

Направленность

В пользу особей, имеющих отклонения от средней нормы признака, благоприятствующие для выживания в новых условиях.

Изменения, вызываемые в генетической структуре популяции

Отсев группы мутантов с одним средним значением признака и замещением группой мутантов с другим средним значением признака.

Результат действия

Возникновение новой средней нормы признака, более соответствующей изменившимся условиям.

Примеры

Возникновение у насекомых и грызунов устойчивости к ядохимикатам, у микроорганизмов – к антибиотикам. Индустриальный меланизм.

Признак

Стабилизирующий отбор

Условия действия

В неизменённых, постоянных условиях существования.

Направленность

Против особей с крайними значениями признака.

Изменения, вызываемые в генетической структуре популяции

Замещение группы мутантов с широкой нормой реакции группой мутантов с более узкой нормой реакции (при сохранении прежнего среднего значения признака).

Результат действия

Сохранение и поддержание значения средней нормы реакции.

Примеры

Сохранение у насекомоопыляемых растений размеров и формы цветка, т.к. цветки должны соответствовать размерам тела насекомого-опылителя. Сохранение реликтовых видов.

Признак

Дизруптивный (разрывающий) отбор

Условия действия

При резких изменениях существования.

Направленность

Против особей со средними значениями признака.

Изменения, вызываемые в генетической структуре популяции

Отсев группы мутантов с прежним средним значением признака. Формирование двух отдельных популяций с новыми средними значениями признака.

Результат действия

Формирование двух новых средних норм (вблизи прежних крайних значений признака) вместо одной.

Примеры

При частых сильных ветрах на океанических островах сохраняются насекомые либо с хорошо развитыми крыльями, либо с рудиментарными.

Дрейф генов (ДГ)

ДГ как фактор эволюции был раскрыт в начале  1930-х  годов  Сьюаллом Райтом  в  США ,  Роналдом Фишером  в  Англии , а также Н.П. Дубининым  и  Д. Д. Ромашовым  в  СССР . Понятие «дрейф генов» было введено в оборот Райтом (1931), а  синонимичное  понятие «генетико-автоматические процессы в популяциях» — Дубининым и Ромашовым (1932). 

С. Райт

Д.Д. Ромашов

Н.П. Дубинин

Р. Фишер

ДГ – это случайное ненаправленное изменение частоты генов в популяции.

ДГ – это генетико-автоматические процессы.

ДГ наблюдается в малых популяциях, где вероятность случайности велика. Эти разного рода случайности и определяют дальнейшую судьбу генофонда малой группы. Это было доказано экспериментально.

С. Райт скрестил две линии мух – с белыми и красными глазами. Все гибриды первого поколения были с красными глазами и имели генотип Аа. Затем учёный посадил в пробирки с кормом по две самки и два самца из гибридов первого поколения (Аа).

Концентрация нормального (А) и мутационного (а) аллелей составила 50%. Он ожидал получить ¾ особи с красными глазами и ¼ - с белыми.

Но через 16 поколений оба аллеля оказались в различных соотношениях:

• В 41 популяции был утрачен рецессивный аллель (а) и все особи были с красными глазами,
• В 29 популяциях был утрачен доминантный аллель (А) и все мухи были белоглазыми,
• 4 линии погибли, остальные сохранили оба аллеля, но в различных соотношениях.

Несмотря на снижение жизнедеятельности мутантных особей и, следовательно, вопреки естественному отбору , в некоторых популяциях мутационный аллель полностью вытеснил нормальный. Это и есть результат случайного процесса – дрейфа генов.

В маленьких популяциях частота мутационного аллеля меняется быстро и случайным образом.

Домашнее задание

• Прочитайте параграфы 7, 8.
• Выполните задания по ссылке: https://edu.skysmart.ru/student/gahomuseso.