Główna zawartość
Kurs: Biologia - program rozszerzony > Rozdział 7
Lekcja 4: Równowaga Hardy'ego-WeinbergaCzęstość alleli i pula genowa
Jak określić częstość alleli i czym się różni od częstości genotypów. Co to jest pula genowa. Tłumaczenie na język polski: fundacja Edukacja dla Przyszłości, dzięki wsparciu wolontariuszy.
Kluczowe punkty:
- Mikroewolucja to zmiana częstości występowania wariantów genów, alleli w populacji, zazwyczaj zachodząca w stosunkowo krótkim czasie.
- Genetyka populacji to dziedzina biologii zajmująca się badaniem częstości (frekwencji) występowania alleli w populacjach oraz ich zmianami w czasie.
- Częstość (frekwencja) allelu określa, jak często dany allel występuje w populacji. Aby ją obliczyć, należy policzyć ile razy dany allel występuje w populacji a następnie podzielić przez całkowitą liczbę kopii genu.
- Pula genowa populacji składa się ze wszystkich kopii wszystkich genów występujących w tej populacji.
Spotkanie Darwina z Mendlem - w przenośnym znaczeniu
Kiedy Darwin przedstawił swoje teorie ewolucji i doboru naturalnego, wiedział, że procesy które opisuje, zależą od dziedzicznej zmienności występującej w populacji. To znaczy, opierają się one na występowaniu różnic w cechach organizmów danej populacji oraz na zdolności do przekazywania tych cech potomstwu.
Darwin nie wiedział jednak, w jaki sposób cechy są dziedziczone. Podobnie jak inni mu współcześni naukowcy, sądził, że cechy są przekazywane poprzez mieszanie się cech dziedzicznych. Według tego modelu, dziedziczenie obejmuje ciągłe mieszanie się cech rodzicielskich u ich potomków (dając potomstwo z pośrednią formą cechy). Model mieszanego dziedziczenia został jednak odrzucony przez austriackiego mnicha Grzegorza Mendla, który stwierdził, że cechy są determinowane przez niezależne czynniki dziedziczne zwane genami.
Chociaż Mendel przedstawił swoją pracę dotyczącą genetyki zaledwie kilka lat po opublikowaniu przez Darwina pracy na temat ewolucji, Darwin prawdopodobnie nigdy pracy Mendla nie przeczytał. Obecnie, dzięki połaczeniu obu tych teorii możemy lepiej zrozumieć istotę ewolucji i jej przebieg.
Mikroewolucja i genetyka populacji
Mikroewolucja lub ewolucja na małą skalę, jest definiowana jako zmiana częstości występowania wariantów genów, alleli, w populacji na przestrzeni pokoleń. Dziedzina biologii, która bada częstość występowania alleli w populacjach oraz ich zmiany w czasie, nazywana jest genetyką populacji.
Mikroewolucja jest czasami kontrastowana z makroewolucją, ewolucją, która wiąże się z dużymi zmianami, takimi jak tworzenie nowych grup lub gatunków, zachodzącą przez długi okres czasu. Większość biologów postrzega jednak mikroewolucję i makroewolucję jako ten sam proces zachodzący jednak w różnych skalach czasowych. W mikroewolucji drobne zmiany dodają się stopniowo, przez długi okres czasu, aby ostatecznie wywołać zmiany makroewolucyjne.
Przyjrzyjmy się trzem koncepcjom, które mają zasadnicze znaczenie dla definicji mikroewolucji: populacja, allel i częstość występowania (frekwencji) alleli.
Populacja
Populacja jest to grupa organizmów tego samego gatunku, występujących na tym samym obszarze, które mogą się między sobą krzyżować. Populacja jest najmniejszą jednostką, która może ewoluować - innymi słowy, pojedyńczy osobnik ewoluować nie może.
Allele
Allel jest wersją genu, jednostki dziedzicznej, która kontroluje konkretną cechę organizmu.
Na przykład, Mendel zbadał gen odpowiadający za kontrolę koloru kwiatów grochu. Gen ten występuje w dwóch różnych wersjach: w postaci allelu białego, w, oraz w postaci allelu fioletowego, W. Każda roślina grochu posiada dwie kopie genów, którymi mogą być takie same lub różne allele. Kiedy allele są różne, jeden - allel dominujący, W- może zamaskować inny allel— ten recesywny, w. Zestaw alleli rośliny, nazywany genotypem, określa jego fenotyp, widoczne cechy organizmu, w tym przypadku kolor kwiatu.
Częstość alleli
Częstość alleli odnosi się do tego, jak często dany allel występuje w populacji. Na przykład, gdyby wszystkie allele w populacji grochu były allelami koloru fioletowego, W, częstość alleli W wynosiłaby 100%, lub 1. Gdyby jednak połowa alleli była W i połowa była w, to częstość każdego allelu wynosiłaby 50% lub 0,5.
Ogólnie rzecz biorąc, możemy zdefiniować częstość alleli jako
Czasami w populacji występuje więcej niż dwa allele (np. mogą występować A, a, i
Istnieje również możliwość obliczenia częstości genotypu- udziału osobników o danym genotypie w populacji - oraz częstości fenotypu- udziału osobników o danym fenotypie. Należy pamiętać, że te pojęcia nie są tożsame z pojęciem częstości alleli. Różnica ta jest wyjaśniona poniżej.
Przykład: Określanie częstości alleli
Spójrzmy na podany przykład. Weźmy pod uwagę bardzo małą populację dziewięciu roślin grochu. Każda roślina grochu ma dwie kopie genu koloru kwiatu.
Jeśli przyjrzymy się dwóm kopiom genów w każdej roślinie i policzymy ilość kopii W , otrzymamy 13. Jeśli policzymy ilość kopii w, to otrzymamy 5 egzemplarzy. Całkowita liczba kopii genów w całej populacji wynosi
Aby uzyskać częstość alleli należy podzielić liczbę kopii każdego allelu przez całkowitą liczbę kopii. Zgodnie z przyjętą konwencją, gdy w populacji występują tylko dwa allele dla danego genu, ich częstości otrzymują symbole
Suma częstości wszystkich alleli genu musi wynosić jeden lub 100%.
Częstość alleli różni się od częstości genotypu lub fenotypu, które również mogą być obliczone i są ważne dla zrozumienia rozwoju populacji, lecz nie są tożsame z częstością występowania alleli. Poniższy schemat przedstawia tą różnicę:
Przypuśćmy, że wracamy jedno pokolenie później i ponownie sprawdzamy genotypy nowych roślin grochu obecnie tworzących populację. Aby określić częstość występowania alleli, bierzemy ponownie pod uwagę genotyp każdego osobnika, zliczamy liczbę kopii każdego allelu i dzielimy go przez całkowitą liczbę kopii genów. Teraz widzimy, że częstość W spadła do
Na przestrzeni pokoleń w populacji nastąpiła zmiana częstotliwości występowania alleli, więc - zgodnie z definicją mikroewolucji - możemy powiedzieć, że populacja podlegała procesowi ewolucji. Gdybyśmy faktycznie przeprowadzili powyższe badania , moglibyśmy skorzystać z testu statystycznego w celu potwierdzenia uzyskanych różnic w proporcjach.
W pozostałej części naszego artykułu zbadamy czynniki, które powodują ewolucję populacji, w tym selekcję naturalną, dryf genetyczny - zmiany losowe - oraz inne czynniki
Pula genowa
Całkowity zestaw kopii genów dla wszystkich genów w populacji określany jest jako jej pula genowa. Pojęcie pula genowa opiera się na koncepcji, że wszystkie kopie genów - dla wszystkich genów - występujących u osobników danej populacji są umieszczone w jednym dużym, wspólnym basenie (ang. pool). Stąd polska nazwa - pula.
Jak by to wyglądało? W powyższym przykładzie przeanalizowaliśmy wszystkie dziewięć osobników danej populacji i przyjrzeliśmy się kopiom genu odpowiadającego za kolor kwiatów. Stwierdziliśmy, że występuje 18 pojedyńczych kopii genów, z której każda była allelem W lub w. Teraz wyobraźmy sobie, że przeanalizowaliśmy w ten sam sposób każdy gen grochu, w tym geny kontrolujące wysokość, kolor nasion, kształt nasion, metabolizm itp. W wyniku tego procesu, otrzymalibyśmy 18 egzemplarzy każdego genu, które następnie zostałyby umieszczone we wspólnej puli. Otrzymana pod koniec tego procesu wspólna pula kopii genów będzie stanowiła pulę genową naszej populacji.
Przyglądając się wszystkim kopiom wszystkich genów występujących w populacji, możemy oszacować wielkość zróżnicowania genetycznego danej populacji. Im większa jest zmienność populacji, tym większa jest jej zdolność do przystosowywania się, w procesie selekcji naturalnej, do zmian w środowisku. W przypadku większej zmienności, istnieje większa szansa, że w puli genowej populacji będą znajdowały się allele, które umożliwią organizmom skuteczne przetrwanie i rozmnażanie się w nowych warunkach.
Chcesz dołączyć do dyskusji?
Na razie brak głosów w dyskusji