geneettinen tasapainotila
geneettinen tasapaino on termi, jota käytetään kuvaamaan tilaa, jossa populaatiossa esiintyy ajan myötä staattisia tai muuttumattomia alleelifrekvenssejä. Tyypillisesti luonnollisessa populaatiossa alleelien frekvenssit pyrkivät siirtymään sukupolvien edetessä ja erilaiset voimat vaikuttavat populaatioon. Tämä voi johtua monista tekijöistä, kuten luonnonvalinnasta, geneettisestä ajautumisesta, mutaatiosta ja muista, jotka väkisin muuttavat alleelitaajuutta. Jos populaatio on geneettisessä tasapainossa, nämä voimat puuttuvat tai kumoavat toisensa. Alla olevat esimerkit osoittavat geneettisen tasapainon mallintamisen yhteydessä ja luonnollisessa yhteydessä.
esimerkkejä geneettisestä tasapainotilasta
Hardy-Weinberg-tasapaino
populaatiodynamiikkaa mallinnettaessa tutkijat käyttävät usein Hardy-Weinberg-mallia. Tämä yhtälö ottaa alleelien taajuudet populaatiossa ja moninkertaistaa ne Punnettin neliön periaatteiden avulla simuloidakseen alleelien jakautumista parittelun aikana. Kuva tästä mallista on nähtävissä alla.
Tämä kaavio noudattaa yhtä geeniä, jolla on kaksi alleelia (A) ja (A). Kunkin alleelin alleelitaajuutta edustavat ”p”ja ” q”. Hardyn-Weinbergin mallin mukaan nämä alleelitaajuudet eivät muutu sukupolvelta toiselle ilman ulkopuolisia vaikutteita. Toisin sanoen, geneettinen tasapaino tapahtuu ilman asioita, kuten luonnonvalinta ja geneettinen ajautuminen. Jos (A) ja (a) ovat järjestelmän ainoat alleelit, niiden frekvenssien (A) on oltava 1. Tämän vuoksi geneettisessä tasapainossa olevassa järjestelmässä jälkeläisten genotyyppien taajuus voidaan arvioida kertomalla alleelitaajuudet. Homotsygoottiset dominoivat yksilöt (AA) voidaan arvioida p2: n tai (A): n potenssien perusteella. Sama pätee homotsygootteihin resessiivisiin yksilöihin (aa); geneettisessä tasapainossa ne voidaan arvioida Q2: lla. Heterotsygoottiset yksilöt voidaan arvioida 2PQ: n avulla. Geneettisessä tasapainossa jokaisen geenin kaikkien genotyyppisten frekvenssien summa on 1. Matemaattisesti: p2+2PQ + q2=1.
1900-luvun alussa perintötiede oli uusi ja jännittävä ala. Gregor Mendel oli osoittanut 1800-luvulla, että eliöt kantavat kahta kopiota jokaisesta geenistä. Nämä kopiot voivat tulla eri muodoissa eli alleeleina. Tutkijat painiskelivat kuitenkin yhä suurempien kysymysten kanssa siitä, miten alleelit muuttuvat ajan myötä. Yksi tuon ajan perusongelmista oli ymmärtää, miten geenit, erityisesti dominoivat ja resessiiviset geenit, ovat vuorovaikutuksessa keskenään. Jotkut olettivat, että hallitseva alleeli luonnollisesti lisääntyisi populaatiossa. Tämä oli kumottu itsenäisesti useita tutkijoita käyttäen matematiikkaa. Kuitenkin vain Hardy ja Weinberg saavat nimensä yleensä liitettyä lakiin. Geneettistä tasapainoa tässä idealisoidussa tilanteessa kutsutaan yleisesti Hardy-Weinbergin tasapainotilaksi.
geneettinen tasapaino johtuen Tasapainovalinnasta
luonnossa asiat eivät ole koskaan niin täydellisiä kuin Hardy-Weinbergin mallissa tehdyt oletukset. Tämä ei tarkoita, etteikö geneettistä tasapainoa voisi olla olemassa. Itse asiassa on helppo keksiä skenaario, jossa geneettinen tasapaino säilyy luonnonvalinnan edessä. Valintaa on yksinkertaisesti sovellettava tasapuolisesti läsnä oleviin eri alleeleihin. Näin alleelitaajuus säilyy ja populaatio pysyy geneettisessä tasapainossa.
tämä voidaan osoittaa hypoteettisella eläinryhmällä. Tarkoituksiamme varten tarkastelemme heinäsirkkojen populaatiota, jossa on vain kaksi alleelia niiden väriä koodaavalle geenille. Yksi alleeli koodaa vihreää: Cg. CB-alleeli koodaa ruskeaa. Homotsygoottiset yksilöt jommallekummalle alleelille ovat tuon värisiä. Kuitenkin meidän hypoteettisessa tapauksessa teeskennellä, että heterotsygoottiset yksilöt (CgCb) muuttuvat osittain vihreiksi ja osittain ruskeiksi. Pelto on täynnä näitä heinäsirkkoja, joissa on yhtä paljon kutakin heinäsirkatyyppiä.
nyt kentälle tuodaan uusi petoeläin. Lintu syöksyy pellon yli ja poimii kulkiessaan heinäsirkkoja. Lintu käyttää värinäköä saaliinsa poimimiseen, ja yksiväriset vihreät ja ruskeat heinäsirkat saadaan helposti irti. Heterotsygooteilla heinäsirkoilla on luontainen naamiointi, eivätkä linnut näe niitä. On selvää, että nämä lajikkeet valittaisiin ajan myötä. Lopulta tämä muuttaa genotyyppien jakautumista. Mutta niin kauan kuin homotsygootit valitaan yhtäläisesti alleelin taajuudet eivät muutu. Eliön syödessä alleelien kokonaissuhde ei muutu, koska heterotsygooteille valitaan ja ne sisältävät molemmat alleelit, jolloin suhde säilyy. Siksi geneettinen tasapaino säilyy jopa tämän tasapainoisen valinnan edessä.
Satunnainen geneettinen tasapaino
populaatiogenetiikkaan vaikuttavat monenlaiset voimat. Vaikka Hardy-Weinberg olettaa, että nämä voimat eivät ole toiminnassa, on yhtä todennäköistä, että ne saattavat kumota toisensa. Hardy-Weinberg olettaa, että populaatiossa ei esiinny valikoitumista, mutaatiota tai mitään sellaista maahanmuuttoa tai maastamuuttoa, joka häiritsisi alleelien taajuuksia. Aivan kuten heinäsirkkojen kanssa, on helppo luoda tilanne, jossa nämä voimat voisivat tasapainottaa toisiaan ja säilyttää alleelitaajuudet.
vaikka valintajoukko saattaa aktiivisesti yrittää poistaa alleelin populaatiosta, mutaatio saattaa pitää sen populaatiossa. Tämä koskee monia toimimattomien alleelien luomia geneettisiä tiloja. Valinta pyrkii luonnollisesti vähentämään näitä mutatoituneita alleeleja, mutta mutaationopeus saattaa pitää taudin jollain perusasteella populaatiossa. Kyse olisi geneettisestä tasapainosta, jonka aiheuttaa useiden tekijöiden yhtymäkohta. Voidaan myös nähdä, miten mutaatio voitaisiin helposti korvata monilla muilla tekijöillä, jotka voisivat palvella samaa tarkoitusta.
tietokilpailu
1. Tutkija tarkkailee pientä vyötiäispopulaatiota. Ajan myötä tämän pienen populaation alleelifrekvenssit vaihtuvat, mutta tutkija ei pysty osoittamaan muutoksen syytä. Se ei näytä olevan minkäänlaista luonnonvalintaa. Mikä seuraavista on syy, miksi väestö ei ole geneettisessä tasapainossa?
A. geneettinen ajautuminen
B. Uusi saalistaja siirtää alleeleita
C. tiedemies on huono mittaamaan
2. Luokkatoverisi yrittää väittää, että geneettinen tasapaino on todiste siitä, että ainakin osa populaatioista ei kehity. Mitä sanot heille?
A. Ne ovat oikein!
B. evoluutio on ajan kuluessa tapahtuva prosessi, jossa tasapaino on vain yksi piste kyseisellä aikajanalla
C. Tasapainotila tarkoittaa, että evoluutio on päättynyt
3. Populaatiossa on 8 etanaa. Valkoisia kotiloita on kaksi, vaaleanpunaisia kotiloita kuusi ja punaisia kotiloita kaksi. Vaaleanpunaiset etanat ovat heterotsygootteja. Onko populaatio tasapainossa?
A. Kyllä
B. ei
C. Ei tarpeeksi tietoa