Genetisk ligevægt-Definition og eksempler

genetisk ligevægt Definition

genetisk ligevægt er et udtryk, der bruges til at beskrive en tilstand af statiske eller uændrede allelfrekvenser i en population over tid. Typisk i en naturlig befolkning har frekvenserne af alleler tendens til at skifte, når generationer passerer, og forskellige kræfter virker på en befolkning. Dette kan være forårsaget af mange faktorer, herunder naturlig selektion, genetisk drift, mutation og andre, der med magt ændrer allelfrekvensen. Men hvis en befolkning er i genetisk ligevægt, er disse kræfter fraværende eller annullerer hinanden. Eksemplerne nedenfor viser genetisk ligevægt fra en modelleringskontekst og i en naturlig sammenhæng.

eksempler på genetisk ligevægt

Hardy-Veinberg ligevægt

ved modellering af befolkningsdynamik bruger forskere ofte Hardy-Veinberg-modellen. Denne ligning tager frekvenserne af alleler i en population og multiplicerer dem ved hjælp af principperne for Punnett-pladsen for at simulere fordelingen af alleler under parring. Et billede af denne model kan ses nedenfor.

dette diagram følger et gen, som har to alleler (A) og (a). Allelfrekvensen for hver allel er repræsenteret af “p” og “K”. Ifølge Hardy-Veinberg-modellen vil disse allelfrekvenser ikke ændre sig fra generation til generation uden påvirkninger udefra. Med andre ord forekommer en genetisk ligevægt i fravær af ting som naturlig selektion og genetisk drift. Hvis (A) og (A) er de eneste alleler i systemet, skal frekvenserne af (A) tilføjet til (A) være 1. Derfor kan frekvensen af genotyperne i afkommet i et system ved genetisk ligevægt estimeres ved at multiplicere allelfrekvenserne. Homosygøse dominerende individer (AA) kan estimeres med p2 eller hyppigheden af (A) kvadreret. Det samme gælder for homosygøse recessive individer (aa); i genetisk ligevægt kan de estimeres med 2.kvartal. Heterogene individer kan estimeres med 2PK. Ved genetisk ligevægt summen af alle de genotypiske frekvenser for hvert gen er 1. I matematiske termer: p2 + 2PK + K2=1.

i begyndelsen af 1900 ‘ erne var videnskaben om arv et nyt og spændende felt. Gregor Mendel havde vist i 1800-tallet, at organismer bærer to kopier af hvert gen. Disse kopier kan komme i forskellige former eller alleler. Forskere kæmpede dog stadig med de større spørgsmål om, hvordan alleler ændrer sig over tid. Et af de grundlæggende problemer på det tidspunkt var at forstå, hvordan gener interagerede med hinanden, især dominerende og recessive gener. Det blev antaget af nogle, at den dominerende allel naturligt ville stige i en befolkning. Dette blev modbevist uafhængigt af flere forskere ved hjælp af matematik. Dog er det kun Hardy og Veinberg, der ofte får deres navn knyttet til loven. Genetisk ligevægt i denne idealiserede situation kaldes almindeligvis Hardy-Veinberg ligevægt.

genetisk ligevægt på grund af Balanceringsvalg

i naturen er tingene aldrig så perfekte som antagelserne i Hardy-Veinberg-modellen. Dette betyder ikke, at genetisk ligevægt ikke kan eksistere. Faktisk er det let at tænke på et scenario, hvor genetisk ligevægt opretholdes i lyset af naturlig udvælgelse. Valget skal simpelthen anvendes ens på de forskellige alleler, der er til stede. På denne måde opretholdes allelfrekvensen, og befolkningen forbliver i genetisk ligevægt.

dette kan demonstreres af en hypotetisk gruppe af dyr. Til vores formål vil vi overveje en population af græshopper med kun to alleler til genet, der koder for deres farve. En allel koder for grøn: Cg. Cb allel koder for brun. Homosygøse individer for begge alleler vil være den farve. I vores hypotetiske tilfælde skal du dog foregive, at heterosygøse individer (CgCb) bliver en del grøn og en del brun. En mark er fuld af disse græshopper, med lige store dele af hver type græshoppe.

nu introduceres et nyt rovdyr til marken. En fugl svæver over marken og plukker græshopper, mens den går. Fuglen bruger farvesyn til at udvælge sit bytte, og de solide grønne og brune græshopper plukkes let af. De heterogene græshopper har en naturlig camouflage og kan ikke ses af fuglene. Det er klart, at disse sorter ville blive valgt til over tid. Til sidst vil dette ændre fordelingen af genotyper. Men så længe homosygoterne er valgt mod lige så vil allelfrekvenserne ikke ændre sig. Mens organismen spises, ændres det samlede forhold mellem alleler ikke, fordi heterosygoterne vælges til og indeholder begge alleler, hvilket bevarer forholdet. Derfor opretholdes genetisk ligevægt selv i lyset af dette balanceringsvalg.

tilfældig genetisk ligevægt

der er en lang række kræfter, der virker på populationsgenetik. Mens Hardy antager, at disse kræfter ikke er på arbejde, er det lige så sandsynligt, at de kan annullere hinanden. Hardy antager, at befolkningen ikke oplever udvælgelse, mutation eller nogen indvandring eller udvandring, der ville forstyrre allelfrekvenser. Ligesom med græshopperne er det let at udtænke en situation, hvor disse kræfter kunne afbalancere hinanden og opretholde allelfrekvenserne.

mens en selektionskraft måske aktivt forsøger at fjerne en allel fra en population, kan mutation holde den i befolkningen. Dette gælder for mange genetiske tilstande skabt af ikke-fungerende alleler. Udvælgelse forsøger naturligvis at reducere disse muterede alleler, men mutationshastigheden kan holde sygdommen på et eller andet basisniveau i en population. Dette ville være et tilfælde af genetisk ligevægt forårsaget af en sammenløb af flere faktorer. Det kan også ses, hvordan mutation let kunne erstattes af en række andre faktorer, der kunne tjene det samme formål.

spørgsmål

1. En videnskabsmand observerer en lille befolkning af bæltedyr. Over tid skifter allelfrekvenserne for denne lille befolkning rundt, men forskeren kan ikke finde årsagen til ændringen. Det ser ikke ud til at være naturlig udvælgelse af nogen art. Hvilket af følgende er en grund til, at befolkningen ikke er i genetisk ligevægt?
A. genetisk Drift
B. Et nyt rovdyr skifter allelerne
C. forskeren er dårlig til at måle

svar på spørgsmål #1

a er korrekt. Årsagen til, at allelfrekvenserne ændrer sig, er sandsynligvis genetisk drift. I betragtning af at en lille befolkning kun indeholder en håndfuld alleler, kan det tilfældige tab af et individ bemærkes meget. En mindre population betyder, at artens mangfoldighed kun bæres hos nogle få individer. Tab en af disse til en tilfældig ulykke, og en hel del af mangfoldigheden går tabt.

2. En klassekammerat af din forsøger at argumentere for, at genetisk ligevægt er et bevis på, at i det mindste nogle befolkninger ikke udvikler sig. Hvad siger du til dem?
A. Det er rigtigt!
B. Evolution er en proces over tid, hvor ligevægt kun er et punkt på den tidslinje
C. Ligevægt betyder, at evolutionen er færdig

svar på spørgsmål #2

B er korrekt. På vej til supermarkedet stopper du for en fodgænger. Mens din hastighed for den del af rejsen var nul, betyder det ikke, at rejsen ikke skete. Det samme gælder for genetisk ligevægt. Det viser simpelthen, at allelfrekvenser ikke bevæger sig, i det mindste ikke på dette tidspunkt i rejsen. Vi ved, at evolution eksisterer, fordi vi kan se populationer ændre sig over tid til nye arter.

3. Der er 8 snegle i en befolkning. Der er to hvide snegle, seks lyserøde snegle og to røde snegle. De lyserøde snegle er heterosygoter. Er denne befolkning i ligevægt?
A. Ja
B. Nej
C. Ikke nok info

svar på spørgsmål #3

C er korrekt. Fra dette spørgsmål kan du gøre mange ting. For eksempel kan du beregne allelfrekvenserne for de forskellige alleler såvel som de genotypiske forhold. Men for at fortælle, om denne befolkning er i ligevægt, skal vi observere den næste generation. Derefter kunne vi sammenligne de genotypiske frekvenser opnået fra Hardy-Veinberg-modellen med de faktiske frekvenser af befolkningen. Først da kunne vi se, om befolkningen opretholdt genetisk ligevægt.