Ģenētiskā novirze kā evolūcijas faktors. Ģenētiskā novirze ir evolūcijas faktors: cēlonis, nozīme, piemēri. Papildu elementārie evolūcijas faktori

Salīdzinot ar iepriekšējo paaudzi.

Enciklopēdisks YouTube

1 / 3

Gripas maiņa un novirzīšanās

Speciācijai raksturīgo procesu secība

Evolūcija. Evolūcijas virzošie un nevadošie faktori,

Subtitri

Iedomāsimies, ka šīs ir 2 kopienas, oranžā un purpursarkanā kopiena, un tās ir nošķirtas viena no otras. Un jūsu mērķis ir iedziļināties šajās kopienās un uzzināt, kāds gripas vīrusa veids cirkulē šo cilvēku vidū. Tātad jūs to darāt, un pirmais, ko atklājat, ir kaut kas ļoti interesants. Proti, izrādās, ka oranžajā sabiedrībā tiek novērots tikai A tipa gripas vīruss. Nāc, es to pierakstīšu šeit, ierakstiet A. Un, ja paskatās uz purpursarkano kopienu, jūs redzēsit kaut ko pretēju. Jūs redzēsiet, ka arī šeit cilvēki saslimst ar gripu, bet slimības izraisītājs vienmēr ir B tips. Tātad šos cilvēkus ietekmē B tipa gripas vīruss. Un arī B tipa gripas vīrusam ir 8 RNS gabali. Pierakstīsim to purpursarkanā krāsā, ierakstiet B. Tātad šī ir pirmā lieta, kas jums jāiemācās pirmajā darba dienā. Un tagad ir daudz dažādu A tipa apakštipu, kas ietekmē oranžo kopienu, un es šeit esmu attēlojis tikai dominējošo celmu. Un patiesībā oranžajā kopienā var cirkulēt daudzi A veidi, taču tas ir dominējošais celms. Un jūs zināt, tas pats attiecas uz purpursarkano kopienu. Tajā cirkulē arī daži B tipa celmi. Tomēr dominējošais celms tajā ir tas, ko es attēloju 4. Un tagad es jums atdošu mazliet vietas un paskaidrosim, ko mēs darīsim. Nākamā gada laikā, nākamo 12 mēnešu laikā, mēs sekosim šīm divām kopienām. Un tas, kas jums ir jādara, ir vispārīgi ņemt vērā to, kas notiek sabiedrībā ar dominējošo celmu. Tātad mums ir svarīgi nevis visi celmi, bet gan dominējošais celms. Un mēs vēlamies zināt, kā ģenētiski var salīdzināt dažādus celmus un kas notiks mūsu darba pirmajā dienā? Tātad, kad es saku ģenētiskās izmaiņas, es to patiešām salīdzinu ar to, kas mums bija mūsu pirmajā darba dienā, salīdzinot ar sākotnējo celmu. Un 12 mēnešu laikā jūs uzkrājat informāciju par izmaiņām, kas notikušas jūsu darba laikā. Tātad, pieņemsim, ka jūs sākāt šeit un dzīvojat netālu no purpursarkanās kopienas. Un, protams, sākotnēji mēs nepamanām nekādas izmaiņas. Jūs analizējat B tipa celmu un secināt, ka arī tajā nav izmaiņu. Tomēr kāds laiks paiet. Pieņemsim, ka ir pagājis kāds laiks, un jūs esat atgriezies un apskatāt purpursarkano kopienu. Un jūs jautājat, kāda veida B celms mūsdienās ir visizplatītākais. Un viņi ziņo, ka būtībā tas ir tāds pats kā iepriekš, un tas nav būtiski mainījies, bet ir notikušas divas punktu mutācijas. Un dominējošajā celmā radās pāris punktu mutācijas, un tāpēc tas nedaudz atšķīrās no sākotnējā. Un jūs sakāt: "Nu, protams, bija iesaistītas dažas ģenētiskas izmaiņas." Dominējošais celms ir nedaudz mainījies. Un tad jūs dodaties prom un apciemojat viņus pēc kāda laika, un viņi pateicas, ka atkal apmeklējāt. Kopš jūsu pēdējās vizītes ir notikušas arī citas izmaiņas. Un jūs sakāt: "Cik interesanti." Šeit ir nepieciešama nedaudz dziļāka analīze. Un tas tagad ir vīruss, B tipa vīruss, tas izskatās nedaudz savādāk, salīdzinot ar to, kā tas izskatījās, kad sākāt strādāt. Un jūs turpināt vērot šo procesu un zināt, ka šeit ir mutācija, un šeit ir vēl viena. Tātad, šķiet, ka mutācijas uzkrājas. Un tas, ko jūs galu galā iegūstat, ir punktēta līnija - kaut kas līdzīgs šim, kur šādas mutācijas notiek visu ceļu līdz gada beigām. Un, kad pienāks gada beigas un jūs analizējat sava vīrusa dinamiku, varat teikt, ka ir notikušas vairākas mutācijas. Tas nedaudz atšķiras no tā, kas bija sākumā. Un es atzīmēšu šīs mazās mutācijas ar dzelteniem X. Un kā mēs saucam šo procesu? Mēs to sauksim par ģenētisko novirzi. Tā ir ģenētiskā novirze. Tas ir normāls process, kas notiek daudzos vīrusu un baktēriju veidos. Patiesībā visi vīrusi un baktērijas pieļauj kļūdas, kad tās atkārtojas, un laika gaitā var novērot zināmu ģenētisko novirzi. Tagad nāk jautrākā daļa. Jūs dodaties uz oranžu kopienu, oranžu valsti, ja vēlaties, un sakāt, ka vēlaties darīt to pašu ar A gripas vīrusu. Un novērošanas perioda sākumā nav nekādas atšķirības. Tomēr jūs atgriežaties nedaudz vēlāk un pamanāt, ka šeit ir notikušas dažas izmaiņas, dažas mutācijas, tās pašas, par kurām mēs runājām iepriekš. Un jūs sakāt, ka ir labi, ka šķiet, ka ir nelielas pārmaiņas. Un tad jūs atklājat, ka, atgriežoties no cita ceļojuma, ir notikusi cita mutācija. Un jūs sakāt: "Labi, izskatās, ka ir arī citas izmaiņas," Un tad notiek kaut kas patiešām interesants. Atgriežoties no trešā ceļojuma, jūs atklājat, ka viss segments ir pilnībā pazudis un ir aizstāts ar citu. Un jūs atklājat lielu jaunu RNS fragmentu. Un kā jūs iztēlojaties ģenētisko izmaiņu ķēdi? Atšķirības tiešām ir būtiskas, vai ne? Un jūs piekrītat, ka tagad apmēram 1/8 no visa ir mainījušies, un tas izskatīsies apmēram šādi. Un tas ir milzīgs lēciens. Un jūs sakāt: "Labi, tagad ir notikušas būtiskas ģenētiskas izmaiņas." Un tad jūs atkal atgriežaties no sava ceļojuma un atklājat, ka šajā zaļajā RNS ir neliela mutācija, un varbūt šeit ir vēl viena. Atkal jūs atzīmējāt nelielas izmaiņas. Un jūs atradīsit citu mutāciju šeit, un varbūt arī šeit. Un tu turpini atjaunot notikumu ķēdi – tu pieej savam darbam ļoti atbildīgi – turpini sastādīt diagrammu. Un pēc tam izrādās, ka ir notikusi vēl viena būtiska maiņa. Apzīmēsim, ka šī joma ir kļuvusi atšķirīga no šīs. Un tā, atkal, jums ir milzīgs lēciens. Kaut kas tamlīdzīgs. Un visbeidzot, gada beigās tas turpinās, jo esat atklājuši vēl vairākas mutācijas. Tātad pieņemsim, ka šīs papildu mutācijas notika šeit un šeit. Tā tas sāka izskatīties. Vai tu man piekrīti? Tas nav tam gatavs. Sabiedrības imūnsistēma nezina, ko ar to darīt. Un tā rezultātā daudzi cilvēki saslimst. Un notiek tas, ko mēs saucam par pandēmiju. Un pagātnē ir bijušas vairākas līdzīgas pandēmijas. Un katru reizi, kā likums, tos izraisīja liela ģenētiska maiņa. Un rezultātā daudzi cilvēki, kā jau teicu, saslimst, nonāk slimnīcā un var pat nomirt. Subtitri no Amara.org kopienas

Ģenētiskā novirze kā piemērs

Ģenētiskās novirzes mehānismu var demonstrēt ar nelielu piemēru. Iedomāsimies ļoti lielu baktēriju koloniju, kas izolēta šķīduma pilē. Baktērijas ir ģenētiski identiskas, izņemot vienu gēnu ar divām alēlēm A Un B. Alēle A atrodas vienā pusē baktēriju, alēles B- no otras. Tāpēc alēļu biežums A Un B vienāds ar 1/2. A Un B- neitrālas alēles, tās neietekmē baktēriju izdzīvošanu vai vairošanos. Tādējādi visām kolonijā esošajām baktērijām ir vienādas iespējas izdzīvot un vairoties.

Pēc tam samazinām piliena izmēru, lai barības pietiktu tikai 4 baktērijām. Visi pārējie mirst, nevairojoties. Starp četriem izdzīvojušajiem ir 16 iespējamās alēļu kombinācijas A Un B:

(A-A-A-A), (B-A-A-A), (A-B-A-A), (B-B-A-A),
(A-A-B-A), (B-A-B-A), (A-B-B-A), (B-B-B-A),
(A-A-A-B), (B-A-A-B), (A-B-A-B), (B-B-A-B),
(A-A-B-B), (B-A-B-B), (A-B-B-B), (B-B-B-B).

Katras kombinācijas iespējamība

1 2 ⋅ 1 2 ⋅ 1 2 ⋅ 1 2 = 1 16 (\displaystyle (\frac (1) (2))\cdot (\frac (1) (2))\cdot (\frac (1) (2) )\cdot (\frac (1) (2))=(\frac (1) (16)))

kur 1/2 (alēles varbūtība A vai B katrai izdzīvojušajai baktērijai) tiek reizināts 4 reizes (kopējais izdzīvojušo baktēriju populācijas lielums)

Ja grupējat opcijas pēc alēļu skaita, iegūstat šādu tabulu:

Kā redzams tabulā, sešos no 16 variantiem kolonijā būs vienāds alēļu skaits A Un B. Šāda notikuma iespējamība ir 6/16. Visu pārējo iespēju iespējamība, kur alēļu skaits A Un B nevienlīdzīgi nedaudz augstāks un sastāda 10/16.

Ģenētiskā novirze notiek, kad alēļu frekvences mainās populācijā nejaušu notikumu dēļ. Šajā piemērā baktēriju populācija ir samazināta līdz 4 izdzīvojušajiem (sašaurinājuma efekts). Sākumā kolonijai bija tādas pašas alēļu frekvences A Un B, taču iespēja, ka frekvences mainīsies (kolonijā tiks veikta ģenētiska novirze), ir lielāka nekā iespēja, ka sākotnējās alēļu frekvences paliks tādas pašas. Pastāv arī liela varbūtība (2/16), ka ģenētiskā dreifa rezultātā viena alēle tiks pilnībā zaudēta.

S. Raita eksperimentāls pierādījums

S. Raits eksperimentāli pierādīja, ka mazās populācijās mutantu alēles biežums mainās ātri un nejauši. Viņa eksperiments bija vienkāršs: mēģenēs ar barību viņš ievietoja divas Drosophila mušu mātītes un divus tēviņus, kas bija heterozigoti attiecībā uz A gēnu (to genotipu var rakstīt Aa). Šajās mākslīgi izveidotajās populācijās normālo (A) un mutāciju (a) alēļu koncentrācija bija 50%. Pēc vairākām paaudzēm izrādījās, ka dažās populācijās visi indivīdi kļuva homozigoti attiecībā uz mutantu alēli (a), citās populācijās tā tika pilnībā zaudēta, un, visbeidzot, dažas populācijas saturēja gan normālu, gan mutantu alēli. Ir svarīgi uzsvērt, ka, neskatoties uz mutantu indivīdu dzīvotspējas samazināšanos un līdz ar to pretēji dabiskajai atlasei, dažās populācijās mutanta alēle pilnībā aizstāja parasto. Tas ir nejauša procesa rezultāts - ģenētiskā novirze.

Literatūra

Voroncovs N.N., Sukhorukova L.N. Evolūcija organiskā pasaule. - M.: Nauka, 1996. - P. 93-96. - ISBN 5-02-006043-7.
Grīns N., Stouts V., Teilors D. Bioloģija. 3 sējumos. 2. sējums - M.: Mir, 1996. - 287.-288.lpp. -

Gēnu biežums populācijā var mainīties nejaušu faktoru ietekmē.

Hārdija-Veinberga likums nosaka, ka teorētiski ideālā populācijā gēnu sadalījums paliks nemainīgs no paaudzes paaudzē. Tādējādi augu populācijā “mazbērnu” skaits ar auguma gēniem būs tieši tāds pats kā vecākiem ar šo gēnu. Bet reālajās populācijās situācija ir atšķirīga. Nejaušu notikumu dēļ gēnu izplatības biežums dažādās paaudzēs nedaudz atšķiras – šo parādību sauc par ģenētisko dreifu.

Sniegsim vienkāršu piemēru. Iedomājieties augu grupu, kas apdzīvo izolētu kalnu ieleju. Populāciju veido 100 pieauguši augi, un tikai 2% no populācijas augiem satur īpašu gēnu variantu (piemēram, ietekmējot zieda krāsu), t.i., mūsu aplūkotajā populācijā tikai diviem augiem ir šis gēns. . Pilnīgi iespējams, ka neliels incidents (piemēram, plūdi vai krītošs koks) liks bojā abiem augiem un tad šis konkrētais gēna variants (vai, zinātniskā terminoloģijā runājot, šis alēle) vienkārši pazudīs no iedzīvotājiem. Tas nozīmē, ka nākamās paaudzes vairs nebūs tādas pašas kā tā, kuru mēs apsveram.

Ir arī citi ģenētiskās novirzes piemēri. Apsveriet lielu vaislas populāciju ar stingri noteiktu alēļu sadalījumu. Iedomāsimies, ka viena vai otra iemesla dēļ daļa šo iedzīvotāju atdalās un sāk veidot savu kopienu. Gēnu sadalījums apakšpopulācijā var būt neraksturīgs plašākai grupai, taču no šī brīža apakšpopulācijai būs tieši šāds neraksturīgs sadalījums. Šo fenomenu sauc dibinātāja efekts.

Līdzīga veida ģenētisko novirzi var novērot parādības piemērā ar neaizmirstamu nosaukumu sašaurinājuma efekts. Ja kāda iemesla dēļ populācija strauji samazinās — citu spēku, nevis dabiskās atlases dēļ (piemēram, neparasts sausums vai īslaicīgs plēsoņu skaita pieaugums), kas ātri parādās un pēc tam pazūd, rezultāts būs liela skaita nejauša izzušana. personām. Tāpat kā dibinātāja efektā, līdz brīdim, kad populācija atkal uzplauks, tajā būs gēni, kas raksturīgi nejaušajiem izdzīvojušajiem, nevis sākotnējai populācijai.

IN XIX beigas gadsimtā medību rezultātā ziemeļu ziloņu roņi tika gandrīz pilnībā iznīcināti. Mūsdienās šo dzīvnieku populācijā (kas ir atguvusies pēc lieluma) ir negaidīti mazs ģenētisko variantu skaits. Antropologi uzskata, ka pirmie mūsdienu cilvēki piedzīvoja sašaurinājuma efektu aptuveni pirms 100 000 gadu, un izskaidro cilvēku ģenētisko līdzību. Pat vienā Āfrikas mežā dzīvojošajiem gorillu klanu pārstāvjiem ir vairāk ģenētisko variantu nekā visiem cilvēkiem uz planētas.

GENE DRIFT, ģenētiskā novirze (no holandiešu valodas drijven — braukt, peldēt), nejaušas gēnu alēļu frekvences svārstības vairākās populācijas paaudzēs ar ierobežotu skaitu. Ģenētisko novirzi 1931. gadā vienlaikus un neatkarīgi izveidoja S. Raits, kurš ierosināja šo terminu, un krievu ģenētiķi D. D. Romašovs un N. P. Dubinins, kuri šādas svārstības nosauca par “ģenētiski automātiskiem procesiem”. Ģenētiskās novirzes iemesls ir apaugļošanas procesa varbūtības raksturs uz ierobežota pēcnācēju skaita fona. Alēļu frekvences svārstību lielums katrā paaudzē ir apgriezti proporcionāls indivīdu skaitam populācijā un tieši proporcionāls gēna alēļu frekvenču reizinājumam. Šādiem ģenētiskās novirzes parametriem teorētiski vajadzētu novest pie tā, ka gēnu fondā saglabājas tikai viena no 2 vai vairākām gēna alēlēm, un kura no tām tiks saglabāta, ir varbūtības notikums. Ģenētiskā novirze, kā likums, samazina ģenētiskās variabilitātes līmeni un mazās populācijās izraisa visu indivīdu homozigozitāti vienai alēlei; Šī procesa ātrums ir lielāks, jo mazāks ir indivīdu skaits populācijā. Ģenētiskā dreifa ietekme, kas modelēta datorā, ir apstiprināta gan eksperimentāli, gan dabiskos apstākļos daudzās organismu sugās, tostarp cilvēkos. Piemēram, mazākajā Grenlandes eskimosu populācijā (apmēram 400 cilvēku) absolūtajam vairākumam pārstāvju ir 0 (I) asinsgrupa, tas ir, tie ir homozigoti pret I0 alēli, kas ir gandrīz “izspiedusi” citas alēles. 2 populācijās ar daudz lielāku skaitu visas gēna alēles (I0, IA un IB) un visas ABO sistēmas asins grupas ir pārstāvētas ar ievērojamu biežumu. Ģenētiskā novirze pastāvīgi mazās populācijās bieži noved pie to izzušanas, kas ir iemesls dēmu relatīvi īslaicīgai pastāvēšanai. Mainīguma rezerves samazināšanās rezultātā šādas populācijas nonāk nelabvēlīgā situācijā, mainoties vides apstākļiem. Tas ir saistīts ne tikai ar zemo ģenētiskās mainīguma līmeni, bet arī ar nelabvēlīgu alēļu klātbūtni, kas pastāvīgi rodas mutāciju rezultātā. Atsevišķu populāciju mainīguma samazināšanos ģenētiskās novirzes dēļ var daļēji kompensēt sugas līmenī kopumā. Tā kā dažādās populācijās ir fiksētas dažādas alēles, sugas gēnu fonds paliek daudzveidīgs pat zemā heterozigotitātes līmenī katrā populācijā. Turklāt mazās populācijās var fiksēt alēles ar zemu adaptācijas vērtību, kas, mainoties videi, noteiks adaptācijas spēju jauniem eksistences apstākļiem un nodrošinās sugas saglabāšanos. Kopumā ģenētiskais drifts ir elementārs evolūcijas faktors, kas izraisa ilgstošas un virzītas izmaiņas genofondā, lai gan pats par sevi tai nav adaptīva rakstura. Nejaušas izmaiņas alēļu biežumā notiek arī straujas vienreizējas populācijas lieluma samazināšanās laikā (katastrofālu notikumu vai iedzīvotāju daļas migrācijas rezultātā). Tā nav ģenētiska novirze, un to dēvē par sašaurinājuma efektu vai dibinātāja efektu. Cilvēkiem šāda ietekme ir pamatā dažu iedzimtu slimību pieaugumam dažās populācijās un etniskās grupās.

Lit.: Kaidanovs L.Z. Populācijas ģenētika. M., 1996. gads.

GĒNU DRIFT —Šīs ir izmaiņas populācijas gēnu un genotipu biežumā, kas rodas nejaušu faktoru darbības dēļ. Šīs parādības notiek neatkarīgi viena no otras. Šīs parādības atklāja angļu zinātnieks Fišers un amerikānis Raits. Iekšzemes ģenētiķi Dubinins un Romašovs iepazīstināja ar šo koncepciju ģenētiski automātisks process. Tas ir process, kas notiek kā rezultātā ģenētiskā novirze Alēles biežums var svārstīties, alēle var nostiprināties populācijā vai izzust no populācijas gēnu fonda.

Šo fenomenu diezgan detalizēti pētīja Raits. Viņš to parādīja Ģenētiskā novirze ir cieši atkarīga no 4 faktoriem:

1. Populācijas lielums

2. Mutācijas spiediens

3. Gēnu plūsma

4. Dotās alēles selektīvā vērtība

Jo lielāks ir iedzīvotāju skaits, jo mazāk efektīva ir ģenētiskā novirze. Lielās populācijās atlase ir efektīva.

Jo augstāks ir mutācijas spiediens, jo biežāk notiek mutācijas, jo mazāk efektīva ir ģenētiskā novirze.

Gēnu plūsma ir gēnu apmaiņa starp kaimiņu populācijām. Jo lielāka ir gēnu plūsma, jo lielāka ir migrantu apmaiņa, jo mazāk efektīva ir ģenētiskā novirze.

Jo augstāka ir alēles selektīvā vērtība, jo mazāk efektīva ir ģenētiskā novirze.

Ģenētiskā dreifa kā evolūcijas faktora efektivitāte ir skaidrāk izpaužas, ja populācija sastāv no nelielām izolētām vietām starp šīm kolonijām ir ļoti maza migrantu apmaiņa.

Ja populācijai ir liels skaits, tad periodiski šī populācija strauji samazina savu skaitu un mirst. Liels īpatņu skaits un jaunizveidota populācija veidojas neliela skaita izdzīvojušo īpatņu dēļ, t.i. sašaurinājuma efekts (izpaužas kā “dibinātāja princips”). (Mlter).

Piemēram, kādā apgabalā ir liela mātes populācija, kas ir ģenētiski daudzveidīga. Vairāki tās indivīdi nejauši izolējās no mātes populācijas. Tie dzīvnieki, kas ir izolēti, tie nepārstāv reprezentatīvs paraugs, t.i. nav visu mātes populācijas gēnu nesēji. Šo indivīdu (jauno indivīdu) genofonds ir izolēts, ir nejaušs un nabadzīgs.

Ja apstākļi izolētā apgabalā ir labvēlīgi, tad starp indivīdiem notiks inbrīdings un noteiktām pazīmēm notiks homozigoti. Šī jaunizveidotā meitas populācija atšķirsies no sākotnējās mātes populācijas. Tās genofonds tiks noteikts ģenētiski, jo īpaši tiem indivīdiem, kuri nodibināja šo populāciju.

Ģenētiskajai novirzei kā evolūcijas faktoram ir liela nozīme dažādi posmi populācijas rašanās, kad iedzīvotāju skaits nav liels.

Ģenētiskās novirzes piemērs. Amerikāņu uzņēmēju vidū bieži ir cilvēki ar Morfāna sindroms. Tos var viegli identificēt pēc izskats(gars, griezīgs, īss, fiziski spēcīgs). Ķermeņa īpašības ir ģenētiskās novirzes rezultāts. Kuģa pasažieriem, kas ieradās Amerikā, tāds bija un šo īpašību izplatība notikusi, pateicoties cilvēkiem no polārās (ziemeļu) eskimosu cilts Grenlandes ziemeļos. 270 cilvēki ir izolēti paaudzēm. Tā rezultātā notika izmaiņas alēļu biežumā, kas nosaka asinsgrupu.

Izraisa nejauši statistiski iemesli.

Viens no ģenētiskās novirzes mehānismiem ir šāds. Reprodukcijas procesā veidojas populācija liels skaitlis dzimumšūnas - gametas. Lielākā daļa šo gametu neveido zigotas. Tad populācijā tiek veidota jauna paaudze no gametu parauga, kam izdevās izveidot zigotas. Šajā gadījumā ir iespējama alēļu frekvences maiņa attiecībā pret iepriekšējo paaudzi.