Направленные и случайные изменения генофондов в ряду поколений

Направленные и случайные изменения генофондов в ряду поколений

Что такое генофонд популяции?

Обладая специфическим генофондом, находящимся под контролем естественного отбора,

популяции играют важнейшую роль в эволюционных преобразованиях вида.

Все процессы, ведущие к изменениям вида, начинаются на уровне видовых популяций .

Генетическое равновесие в популяциях.

Частота встречаемости различных аллелей в популяции определяется:

• частотой мутаций ,
• давлением отбора,
• иногда обменом наследственной информации с другими популяциями в результате миграций особей.

При относительном постоянстве условий и высокой численности популяции все указанные процессы приводят к состоянию относительного равновесия. В результате генофонд таких популяций становится сбалансированным, в нем устанавливается генетическое равновесие , или постоянство частот встречаемости различных аллелей.

Причины нарушения генетического равновесия. Изменения генофонда

Направленные Ненаправленные

НЕНАПРАВЛЕННЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ

1. Мутации – внезапные наследуемые изменения генетического материала, приводящие к изменению признаков организма

2. Популяционные волны-

регулярные колебания численности популяции, связанные с периодическими изменениями интенсивности факторов внешней среды.

Популяционные волны

В любой популяции происходят периодические колебания численности особей, причинами которых служат различные абиотические и биотические факторы среды.

Наиболее ярко это проявляется у быстроразмножающихся видов, например у мышевидных грызунов примерно раз в 4 года численность возрастает многократно. Затем вновь происходит резкий спад численности.

Популяционные волны

Причины уменьшения численности различны — это и недостаток кормовой базы, и пресс хищников , численность которых при обильном питании резко возрастает, и вспышки эпидемий , и природные катаклизмы. Например, при половодье или наводнении погибает большая часть популяции грызунов, генофонд ее при этом резко и случайно изменяется.

Изменяется и частота встречаемости различных аллелей генов, частота встречаемости редких аллелей при этом может резко возрасти.

Популяционные волны

Резкие возрастания численности часто наблюдаются при попадании видов в новые условия обитания , где благоприятные условия и отсутствуют хищники и паразиты. Так, например, было с распространением опунции и расселением кроликов в Австралии.

Опунцию завезли в Австралию и использовали в качестве живой изгороди, в отсутствии естественных врагов она расселилась и резко сократила полезные площади пастбищ.

Это нашествие смогли остановить только с помощью гусениц кактусовой моли, специально привезенной с Американского континента. Благодарные австралийцы даже поставили памятник этому насекомому.

Популяционные волны

Подобная же история случилась и с кроликами, когда в Австралии в 1859 году выпустили 12 пар кроликов. Через 40 лет их количество составляло несколько сотен миллионов особей.

Популяционные волны

Остановить это нашествие попробовали с помощью самой длинной изгороди в мире – от побережья до побережья.

Популяционные волны

Но справиться смогли только с помощью вирусной инфекции — выпускали в популяции кроликов, зараженных вирусом миксоматоза . Первое время смертность во многих популяциях была стопроцентной, однако впоследствии она снизилась, вероятно появились линии кроликов, невосприимчивые к болезни.

3. Дрейф генов -

Случайное и ненаправленное изменение частот аллелей в популяции.

Эффект «бутылочного

горлышка»

Дрейф генов

Дрейф генов как фактор эволюции был раскрыт российскими учеными генетиками Н.П.Дубининым и Д.Д.Ромашевым и зарубежными учеными американцем С.Райтом и англичанином Р.Фишером.

Он касается малочисленных популяций с генофондом, ограниченным небольшим количеством генотипов в популяции. Генофонд таких популяций, в силу различных процессов, через несколько поколений может резко измениться, изменится частота встречаемости аллелей различных генов.

Дрейф генов

С.Райт экспериментально доказал это. Скрестив две линии мух – с красными глазами и белыми глазами он получил гибридов с красными глазами и генотипом Аа. Соотношение аллелей А и а было 1:1.

С.Райт посадил в пробирки по две пары гетерозиготных по аллелю А (Аа) особей.

В потомстве от гибридов ожидалось ¾ особей с красными глазами, ¼ - с белыми.

Дрейф генов

Через 16 поколений оба аллеля оказались в различных соотношениях в 26 популяциях из 96 исходных, в 29 популяциях был утрачен доминантный аллель А , в 41 популяции был утрачен аллель а .

Процесс случайного ненаправленного изменения частот аллелей в популяции получил название дрейфа генов , что сказывается на дальнейшей эволюции вида.

Дрейф генов

Другой сходный процесс американский биолог Э.Майр назвал эффектом основателя . Популяции многих видов, обитающие в труднодостижимых местах, происходят от одной или нескольких особей и частоты аллелей в таких популяциях могут сильно отличаться от частот генов в исходных популяциях.

Например, частоты аллелей I А и I В у коренного населения Северо-Восточной Азии колеблются в пределах от 5 до 30%, а американских индейцев предками которых были монголоидные племена, проникшие по Берингийскому мосту на Аляску оба аллеля отсутствуют или крайне редки.

Эрнст Майр

4. Миграции -

перемещение части популяции в новое место обитания

Миграции сопровождаются потоком генов – обменом генами между разными популяциями одного вида в результате свободного скрещивания их особей

5. Изоляция популяций -

является важным фактором, препятствующим скрещиванию особей различных популяций, а следовательно обмену генами между ними

Географическая изоляция

Белый и бурый медведи географически изолированы и приспособились к жизни в разных экологических условиях.

Экологическая изоляция

Экологическая изоляция связана с различными экологическими условиями, в которых обитают различные популяции.

Движущая форма отбора приводит к изменению генофонда популяций, расхождению признаков и, в конечном счете, образованию новых видов. Так, например, образовались различные виды лютиков.

Экологическая изоляция

Экологическая изоляция может вызываться несовпадением сроков размножения особей различных популяций, например, некоторые лососевые рыбы нерестятся через год, в четный год на нерест приходит одна популяция, в нечетный — другая.

Разные популяции форели озера Севан нерестятся в разных горных реках и ручьях, что также приводит к репродуктивной изоляции и может послужить начальным этапом видообразования, называемого экологическим видообразованием .

Экологическая изоляция

Рыжая лиса и песец также обитают в разных экологических условиях, отбор привел к различиям в генофонде и морфологическим различиям.

Таким образом, кроме наследственной изменчивости и естественного отбора к факторам эволюции относятся дрейф генов, популяционные волны и изоляция.

Направленные изменения генофонда- происходят вследствие естественного отбора .

• Естественный отбор приводит к последовательному возрастанию частот одних генов (полезных в данных условиях) и к снижению других.
• Вследствие естественного отбора в генофонде популяций закрепляются полезные гены , т. е. благоприятствующие выживанию особей в данных условиях среды. Их доля возрастает, и общий состав генофонда меняется.
• Изменения генофонда под действием естественного отбора приводят и к изменениям фенотипов, особенностей внешнего строения организмов, их поведения и образа жизни, а в конечном итоге — к лучшей приспособленности популяции к данным условиям внешней среды.