Definition des genetischen Gleichgewichts

Das genetische Gleichgewicht ist ein Begriff, der verwendet wird, um einen Zustand statischer oder unveränderlicher Allelfrequenzen in einer Population im Laufe der Zeit zu beschreiben. Typischerweise neigen in einer natürlichen Population die Frequenzen von Allelen dazu, sich im Laufe der Generationen zu verschieben und verschiedene Kräfte wirken auf eine Population. Dies könnte durch viele Faktoren verursacht werden, darunter natürliche Selektion, genetische Drift, Mutation und andere, die die Allelfrequenz zwangsweise verändern. Wenn sich eine Population jedoch im genetischen Gleichgewicht befindet, fehlen diese Kräfte oder heben sich gegenseitig auf. Die folgenden Beispiele zeigen das genetische Gleichgewicht aus einem Modellierungskontext und in einem natürlichen Kontext.

Beispiele für genetisches Gleichgewicht

Hardy-Weinberg-Gleichgewicht

Bei der Modellierung der Populationsdynamik verwenden Wissenschaftler häufig das Hardy-Weinberg-Modell. Diese Gleichung nimmt die Frequenzen der Allele in einer Population und multipliziert sie mit den Prinzipien des Punnett-Quadrats, um die Verteilung der Allele während der Paarung zu simulieren. Ein Bild dieses Modells ist unten zu sehen.

Dieses Diagramm folgt einem Gen, das zwei Allele (A) und (a) aufweist. Die Allelfrequenz jedes Allels wird durch „p“ und „q“ dargestellt. Nach dem Hardy-Weinberg-Modell ändern sich diese Allelfrequenzen nicht ohne äußere Einflüsse von Generation zu Generation. Mit anderen Worten, ein genetisches Gleichgewicht tritt in Abwesenheit von Dingen wie natürlicher Selektion und genetischer Drift auf. Wenn (A) und (a) die einzigen Allele im System sind, müssen die zu (a) addierten Frequenzen von (A) 1 sein. Daher kann in einem System im genetischen Gleichgewicht die Häufigkeit der Genotypen in den Nachkommen geschätzt werden, indem die Allelfrequenzen multipliziert werden. Homozygot dominante Individuen (AA) können durch p2 oder die Häufigkeit von (A) quadriert geschätzt werden. Gleiches gilt für homozygot rezessive Individuen (aa); Im genetischen Gleichgewicht können sie durch q2 geschätzt werden. Heterozygote Individuen können mit 2pq geschätzt werden. Im genetischen Gleichgewicht ist die Summe aller genotypischen Frequenzen für jedes Gen 1. Mathematisch ausgedrückt: p2+2pq+q2 = 1.

In den frühen 1900er Jahren war die Wissenschaft der Vererbung ein neues und aufregendes Feld. Gregor Mendel hatte in den 1800er Jahren gezeigt, dass Organismen zwei Kopien jedes Gens tragen. Diese Kopien können in verschiedenen Formen oder Allelen vorliegen. Die Wissenschaftler beschäftigten sich jedoch immer noch mit den größeren Fragen, wie sich Allele im Laufe der Zeit verändern. Eines der grundlegenden Probleme zu dieser Zeit war das Verständnis, wie Gene miteinander interagierten, insbesondere dominante und rezessive Gene. Es wurde von einigen angenommen, dass das dominante Allel in einer Population natürlich zunehmen würde. Dies wurde unabhängig von mehreren Wissenschaftlern mit Mathematik widerlegt. Jedoch, nur Hardy und Weinberg erhalten allgemein ihren Namen, der dem Gesetz beigefügt ist. Das genetische Gleichgewicht in dieser idealisierten Situation wird allgemein als Hardy-Weinberg-Gleichgewicht bezeichnet.

Genetisches Gleichgewicht durch ausgleichende Selektion

In der Natur sind die Dinge nie so perfekt wie die Annahmen im Hardy-Weinberg-Modell. Dies bedeutet nicht, dass das genetische Gleichgewicht nicht existieren kann. Tatsächlich ist es leicht, sich ein Szenario auszudenken, in dem das genetische Gleichgewicht angesichts der natürlichen Selektion aufrechterhalten wird. Die Selektion muss einfach gleichermaßen auf die verschiedenen vorhandenen Allele angewendet werden. Auf diese Weise bleibt die Allelfrequenz erhalten und die Population bleibt im genetischen Gleichgewicht.

Dies kann durch eine hypothetische Gruppe von Tieren demonstriert werden. Für unsere Zwecke betrachten wir eine Population von Heuschrecken mit nur zwei Allelen für das Gen, das für ihre Farbe kodiert. Ein Allel kodiert für Grün: Cg. Das Cb-Allel kodiert für Braun. Homozygote Individuen für jedes Allel werden diese Farbe haben. Stellen Sie sich jedoch in unserem hypothetischen Fall vor, dass heterozygote Individuen (CgCb) teilweise grün und teilweise braun werden. Ein Feld ist voll von diesen Heuschrecken, mit gleichen Teilen jeder Art von Heuschrecke.

Jetzt wird ein neues Raubtier auf dem Feld eingeführt. Ein Vogel stürzt über das Feld und pflückt dabei Heuschrecken ab. Der Vogel verwendet Farbsehen, um seine Beute herauszusuchen, und die festen grünen und braunen Heuschrecken werden leicht abgeholt. Die heterozygoten Heuschrecken haben eine natürliche Tarnung und können von den Vögeln nicht gesehen werden. Natürlich würden diese Sorten im Laufe der Zeit ausgewählt. Letztendlich wird dies die Verteilung der Genotypen verändern. Solange jedoch die Homozygoten gleichermaßen ausgewählt werden, ändern sich die Allelfrequenzen nicht. Während Sie gegessen werden, ändert sich das Gesamtverhältnis der Allele nicht, da die Heterozygoten ausgewählt werden und beide Allele enthalten, wobei das Verhältnis erhalten bleibt. Daher wird das genetische Gleichgewicht auch angesichts dieser ausgleichenden Selektion aufrechterhalten.

Zufälliges genetisches Gleichgewicht

Es gibt eine Vielzahl von Kräften, die auf die Populationsgenetik einwirken. Während Hardy-Weinberg davon ausgeht, dass diese Kräfte nicht am Werk sind, ist es ebenso wahrscheinlich, dass sie sich gegenseitig aufheben. Hardy-Weinberg geht davon aus, dass die Population keine Selektion, Mutation oder Einwanderung oder Auswanderung erfährt, die die Allelfrequenzen stören würde. Genau wie bei den Heuschrecken ist es leicht, eine Situation zu schaffen, in der sich diese Kräfte gegenseitig ausgleichen und die Allelfrequenzen aufrechterhalten können.

Während eine Selektionskraft aktiv versucht, ein Allel aus einer Population zu entfernen, kann eine Mutation es in der Population behalten. Dies gilt für viele genetische Bedingungen, die durch nicht funktionierende Allele verursacht werden. Die Selektion versucht natürlich, diese mutierten Allele zu reduzieren, aber die Mutationsrate kann die Krankheit in einer Population auf einem Basisniveau halten. Dies wäre ein Fall von genetischem Gleichgewicht, verursacht durch einen Zusammenfluss mehrerer Faktoren. Es kann auch gesehen werden, wie Mutation leicht durch eine Vielzahl anderer Faktoren ersetzt werden könnte, die dem gleichen Zweck dienen könnten.

Quiz

1. Ein Wissenschaftler beobachtet eine kleine Population von Gürteltieren. Im Laufe der Zeit verschieben sich die Allelfrequenzen dieser kleinen Population, aber der Wissenschaftler kann die Ursache der Veränderung nicht genau bestimmen. Es scheint keine natürliche Selektion irgendeiner Art zu sein. Welcher der folgenden Gründe ist ein Grund, warum sich die Bevölkerung nicht im genetischen Gleichgewicht befindet?
A. Genetische Drift
B. Ein neues Raubtier verschiebt die Allele
C. Der Wissenschaftler ist schlecht im Messen

2. Ein Klassenkamerad von Ihnen versucht zu argumentieren, dass das genetische Gleichgewicht ein Beweis dafür ist, dass sich zumindest einige Populationen nicht entwickeln. Was sagst du ihnen?
A. Sie haben Recht!
B. Evolution ist ein Prozess im Laufe der Zeit, bei dem das Gleichgewicht nur ein Punkt auf dieser Zeitlinie ist
C. Gleichgewicht bedeutet, dass die Evolution beendet ist

3. Es gibt 8 Schnecken in einer Population. Es gibt zwei weiße Schnecken, sechs rosa Schnecken und zwei rote Schnecken. Die rosa Schnecken sind die Heterozygoten. Ist diese Bevölkerung im Gleichgewicht?
A. Ja
B. Nein
C. Nicht genug Info