Genetisch evenwicht-definitie en voorbeelden

genetisch evenwicht definitie

genetisch evenwicht is een term die wordt gebruikt om een toestand van statische of onveranderlijke allelfrequenties in een populatie in de loop van de tijd te beschrijven. Typisch in een natuurlijke populatie hebben de frequenties van allelen de neiging om te verschuiven naarmate de generaties overgaan en verschillende krachten op een populatie inwerken. Dit kan worden veroorzaakt door vele factoren, waaronder natuurlijke selectie, genetische drift, mutatie en anderen die de allelfrequentie met geweld veranderen. Echter, als een populatie in genetisch evenwicht is, zijn deze krachten afwezig of heffen elkaar op. De voorbeelden hieronder tonen genetisch evenwicht vanuit een modelleringscontext en in een natuurlijke context.

voorbeelden van genetisch evenwicht

Hardy-Weinberg evenwicht

bij het modelleren van populatiedynamica gebruiken wetenschappers vaak het Hardy-Weinberg model. Deze vergelijking neemt de frequenties van de allelen in een populatie en vermenigvuldigt ze met behulp van de principes van het Punnett-vierkant om de verdeling van de allelen tijdens de paring te simuleren. Een foto van dit model is hieronder te zien.

Dit diagram volgt één gen, dat twee allelen (A) en (a) heeft. De allelfrequentie van elk allel wordt weergegeven door de “p” en “q”. Volgens het Hardy-Weinberg model zullen deze allelfrequenties niet van generatie op generatie veranderen zonder invloeden van buitenaf. Met andere woorden, een genetisch evenwicht vindt plaats in de afwezigheid van dingen als natuurlijke selectie en genetische drift. Als (A) en (a) de enige allelen in het systeem zijn, dan moeten de frequenties van (a) toegevoegd aan (a) 1 zijn. Daarom, in een systeem bij genetisch evenwicht, kan de frequentie van de genotypes in de nakomelingen worden geschat vermenigvuldigend de allelfrequenties. Homozygote dominante individuen (AA) kunnen worden geschat door p2 of de frequentie van (A) kwadraat. Hetzelfde geldt voor homozygote recessieve individuen (aa); in genetisch evenwicht kunnen ze worden geschat door q2. Heterozygote individuen kunnen worden geschat door 2pq. Bij genetisch evenwicht is de som van alle genotypische frequenties voor elk gen 1. In wiskundige termen: p2+2pq + q2=1.

in de vroege jaren 1900 was de wetenschap van overerving een nieuw en opwindend gebied. Gregor Mendel had in de jaren 1800 aangetoond dat organismen twee kopieën van elk gen dragen. Deze kopieën kunnen in verschillende vormen, of allelen. Echter, wetenschappers waren nog steeds worstelen met de grotere vragen van hoe allelen veranderen in de tijd. Een van de fundamentele problemen in die tijd was het begrijpen van hoe genen interactie met elkaar, vooral dominante en recessieve genen. Sommigen gingen ervan uit dat het dominante allel van nature zou toenemen in een populatie. Dit werd onafhankelijk weerlegd door verschillende wetenschappers met behulp van wiskunde. Echter, alleen Hardy en Weinberg vaak krijgen hun naam gehecht aan de wet. Genetisch evenwicht in deze geïdealiseerde situatie wordt algemeen aangeduid als Hardy-Weinberg evenwicht.

genetisch evenwicht door balancerende selectie

in de natuur zijn dingen nooit zo perfect als de veronderstellingen gemaakt in het Hardy-Weinberg model. Dit betekent niet dat genetisch evenwicht niet kan bestaan. In feite is het gemakkelijk om een scenario te bedenken waarin genetisch evenwicht wordt gehandhaafd ten opzichte van natuurlijke selectie. De selectie moet gewoon gelijkelijk worden toegepast op het verschillende aanwezige allel. Op deze manier wordt de allelfrequentie gehandhaafd en blijft de populatie op genetisch evenwicht.

dit kan worden aangetoond door een hypothetische groep dieren. Voor onze doeleinden zullen we overwegen een populatie van sprinkhanen, met slechts twee allelen voor het gen dat codeert voor hun kleur. Eén allelcode voor groen: Cg. De Cb allel codes voor bruin. Homozygote individuen voor beide allel zal die kleur. Echter, in ons hypothetische geval, doen alsof heterozygote individuen (CgCb) deels groen en deels bruin. Een veld is vol van deze sprinkhanen, met gelijke delen van elk type Sprinkhaan.

nu wordt een nieuwe predator in het veld geïntroduceerd. Een vogel springt over het veld, sprinkhanen plukken als het gaat. De vogel gebruikt kleurenzicht om zijn prooi uit te zoeken, en de stevige groene en bruine sprinkhanen zijn gemakkelijk geplukt. De heterozygote sprinkhanen hebben een natuurlijke camouflage, en zijn niet te zien door de vogels. Het is duidelijk dat deze variëteiten na verloop van tijd zouden worden geselecteerd. Uiteindelijk zal dit de verdeling van genotypes veranderen. Echter, zolang de homozygoten worden geselecteerd tegen gelijk de allelfrequenties zal niet veranderen. Terwijl het organisme wordt gegeten, zal de totale verhouding van allelen niet veranderen omdat de heterozygoten voor worden geselecteerd en beide allelen bevatten, die de verhouding behouden. Daarom wordt het genetische evenwicht zelfs in het aangezicht van deze balancerende selectie gehandhaafd.

willekeurig genetisch evenwicht

Er zijn een grote verscheidenheid aan krachten die inwerken op de populatiegenetica. Hoewel Hardy-Weinberg ervan uitgaat dat deze krachten niet aan het werk zijn, is het net zo waarschijnlijk dat ze elkaar kunnen opheffen. Hardy-Weinberg gaat ervan uit dat de populatie geen selectie, mutatie, of enige immigratie of emigratie ervaart die allelfrequenties zou verstoren. Net als bij de sprinkhanen is het gemakkelijk om een situatie te bedenken waarin deze krachten elkaar in evenwicht kunnen brengen en de allelfrequenties kunnen behouden.

hoewel een selectiekracht actief probeert een allel uit een populatie te verwijderen, kan een mutatie het in de populatie houden. Dit geldt voor vele genetische voorwaarden die door niet-functionerende allelen worden gecreeerd. De selectie probeert natuurlijk om deze gemuteerde allelen te verminderen, maar het tarief van verandering kan de ziekte op één of ander basisniveau in een bevolking houden. Dit zou een geval van genetisch evenwicht zijn, veroorzaakt door een samenloop van verschillende factoren. Het kan ook worden gezien hoe mutatie gemakkelijk kan worden vervangen door een verscheidenheid van andere factoren die hetzelfde doel zouden kunnen dienen.

Quiz

1. Een wetenschapper observeert een kleine populatie gordeldieren. Na verloop van tijd verschuiven de allelfrequenties van deze kleine populatie, maar de wetenschapper kan de oorzaak van de verandering niet vaststellen. Het lijkt niet op natuurlijke selectie van welke aard dan ook. Welke van de volgende redenen is een reden waarom de populatie niet in genetisch evenwicht is?
A. genetische afwijking
B. Een nieuwe predator verschuift de allelen
C. De wetenschapper is slecht in het meten van

antwoord op Vraag #1

A is correct. De reden dat de allelfrequenties veranderen is waarschijnlijk genetische afwijking. Gezien het feit dat een kleine populatie slechts een handvol allelen bevat, kan het willekeurige verlies van een individu sterk worden opgemerkt. Een kleinere populatie betekent dat de diversiteit van de soort slechts in een paar individuen wordt gedragen. Verlies een van deze aan een willekeurig ongeluk en een heel deel van de diversiteit gaat verloren.

2. Een klasgenoot van je probeert te beweren dat genetisch evenwicht het bewijs is dat tenminste sommige populaties niet evolueren. Wat vertel je ze?
A. Ze zijn correct!
B. evolutie is een proces in de tijd, waarbij evenwicht slechts één punt is op die tijdlijn
C. Evenwicht betekent dat evolutie voltooid is

antwoord op Vraag #2

B is correct. Op weg naar de supermarkt, stop je voor een voetganger. Terwijl je snelheid voor dat deel van de reis nul was, betekent het niet dat de reis niet is gebeurd. Hetzelfde geldt voor genetisch evenwicht. Het laat gewoon zien dat allelfrequenties niet bewegen, tenminste niet op dit punt in de reis. We weten dat evolutie bestaat omdat we populaties in de loop van de tijd kunnen zien veranderen in nieuwe soorten.

3. Er zijn 8 slakken in een populatie. Er zijn twee witte slakken, zes roze slakken en twee rode slakken. De Roze slakken zijn de heterozygoten. Is deze populatie in evenwicht?
A. Ja
B. Nee
C. Niet genoeg info

antwoord op Vraag # 3

C is correct. Vanuit deze vraag kun je veel dingen doen. U kunt bijvoorbeeld de allelfrequenties van de verschillende allelen en de genotypische verhoudingen berekenen. Echter, om te zien of deze populatie in evenwicht is, zouden we de volgende generatie moeten observeren. Dan kunnen we de genotypische frequenties uit het Hardy-Weinberg model vergelijken met de werkelijke frequenties van de populatie. Alleen dan konden we zien of de populatie genetisch evenwicht handhaafde.