Równowaga genetyczna-Definicja i przykłady

równowaga genetyczna definicja

równowaga genetyczna jest terminem używanym do opisania stanu statycznych lub niezmiennych częstości alleli w populacji w czasie. Zazwyczaj w naturalnej populacji częstotliwość alleli ma tendencję do zmiany w miarę upływu pokoleń, a różne siły działają na populację. Może to być spowodowane przez wiele czynników, w tym dobór naturalny, dryf genetyczny, mutacje i inne, które siłą zmieniają częstotliwość alleli. Jeśli jednak populacja znajduje się w równowadze genetycznej, siły te są nieobecne lub wzajemnie się znoszą. Poniższe przykłady pokazują równowagę genetyczną w kontekście modelowania i w kontekście naturalnym.

przykłady równowagi genetycznej

równowaga Hardy 'ego-Weinberga

podczas modelowania dynamiki populacji naukowcy często używają modelu Hardy’ ego-Weinberga. Równanie to przyjmuje częstość występowania alleli w populacji i mnoży je wykorzystując Zasady kwadratu Punnetta do symulacji rozkładu alleli podczas krycia. Zdjęcie tego modelu można zobaczyć poniżej.

ten diagram następuje po jednym genie, który ma dwa allele (a) i (a). Częstotliwość alleli każdego allelu jest reprezentowana przez „p”I ” q”. Według modelu Hardy ’ ego-Weinberga te częstotliwości alleli nie zmienią się z pokolenia na pokolenie bez wpływów zewnętrznych. Innymi słowy, równowaga genetyczna występuje przy braku rzeczy takich jak dobór naturalny i dryf genetyczny. Jeżeli a) i a) są jedynymi allelami w systemie, To częstotliwości a) dodane do a) muszą wynosić 1. Dlatego w układzie o równowadze genetycznej częstość występowania genotypów u potomstwa można oszacować mnożąc częstość występowania alleli. Homozygotyczne osoby dominujące (AA)można oszacować przez p2 lub częstotliwość (a) do kwadratu. To samo dotyczy homozygotycznych jednostek recesywnych (aa); w równowadze genetycznej można je oszacować za pomocą q2. Osobniki heterozygotyczne można oszacować na 2pq. W równowadze genetycznej suma wszystkich częstotliwości genotypowych dla każdego genu wynosi 1. Pod względem matematycznym: p2+2PQ+q2=1.

na początku XX wieku nauka o dziedziczeniu była nową i ekscytującą dziedziną. Gregor Mendel wykazał w 1800 roku, że organizmy noszą dwie kopie każdego genu. Kopie te mogą występować w różnych formach lub allelach. Jednak naukowcy wciąż zmagali się z większymi pytaniami o to, jak allele zmieniają się w czasie. Jednym z podstawowych problemów w tym czasie było zrozumienie, w jaki sposób geny oddziałują ze sobą, zwłaszcza geny dominujące i recesywne. Niektórzy zakładali, że dominujący allel naturalnie zwiększy populację. Zostało to obalone niezależnie przez kilku naukowców używających matematyki. Jednak tylko Hardy i Weinberg często przypisują swoje nazwisko do prawa. Równowaga genetyczna w tej wyidealizowanej sytuacji jest powszechnie określana jako równowaga Hardy ’ ego-Weinberga.

równowaga genetyczna dzięki doborowi równowagi

w naturze rzeczy nigdy nie są tak doskonałe jak założenia modelu Hardy ’ ego-Weinberga. Nie oznacza to, że równowaga genetyczna nie może istnieć. W rzeczywistości łatwo jest wymyślić scenariusz, w którym równowaga genetyczna jest utrzymywana w obliczu doboru naturalnego. Wybór należy po prostu zastosować w równym stopniu do różnych obecnych alleli. W ten sposób częstotliwość alleli zostanie utrzymana, a populacja pozostanie w równowadze genetycznej.

można to wykazać hipotetyczną grupą zwierząt. Do naszych celów weźmiemy pod uwagę populację koników polnych, z tylko dwoma allelami dla genu kodującego ich kolor. Jeden allel kody dla zielony: Cg. Kody alleli cb Dla Browna. Homozygotyczne jednostki dla każdego allelu będą tego koloru. Jednak w naszym hipotetycznym przypadku udawaj, że osoby heterozygotyczne (CgCb) stają się częściowo zielone, a częściowo brązowe. Pole jest pełne tych koników polnych, z równymi częściami każdego rodzaju konika polnego.

teraz, nowy drapieżnik został wprowadzony do pola. Ptak leci nad polem, zrywając koniki polne. Ptak wykorzystuje widzenie kolorów, aby wybrać swoją ofiarę, a Stałe zielone i brązowe koniki polne są łatwo zrywane. Heterozygotyczne koniki polne mają naturalny kamuflaż i nie są widoczne przez ptaki. Oczywiście te odmiany będą wybierane z czasem. Ostatecznie zmieni to rozmieszczenie genotypów. Jednakże, dopóki homozygoty są dobrane w równym stopniu, częstość alleli nie ulegnie zmianie. Podczas gdy organizm jest spożywany, ogólny stosunek alleli nie zmieni się, ponieważ heterozygote są wybierane i zawierają oba allele, zachowując stosunek. Dlatego równowaga genetyczna jest utrzymywana nawet w obliczu tej równoważącej selekcji.

Losowa równowaga genetyczna

istnieje wiele różnych sił, które działają na genetykę populacji. Chociaż Hardy-Weinberg zakłada, że siły te nie działają, jest równie prawdopodobne, że mogą się wzajemnie anulować. Hardy-Weinberg zakłada, że populacja nie doświadcza selekcji, mutacji ani jakiejkolwiek imigracji lub emigracji, która zakłóciłaby częstość alleli. Podobnie jak w przypadku koników polnych, łatwo jest wymyślić sytuację, w której siły te mogłyby się zrównoważyć i utrzymać częstotliwości alleli.

podczas gdy siła selekcyjna może aktywnie próbować usunąć allel z populacji, mutacja może utrzymać go w populacji. Dotyczy to wielu warunków genetycznych stworzonych przez niedziałające allele. Selekcja w naturalny sposób próbuje zredukować te zmutowane allele, ale tempo mutacji może utrzymywać chorobę na pewnym podstawowym poziomie w populacji. Byłby to przypadek równowagi genetycznej, spowodowanej zbiegiem się kilku czynników. Można również zauważyć, jak mutacja może być łatwo zastąpiona przez wiele innych czynników, które mogłyby służyć temu samemu celowi.

Quiz

1. Naukowiec obserwuje niewielką populację pancerników. Z czasem częstotliwość alleli tej małej populacji zmienia się, ale naukowiec nie może wskazać przyczyny tej zmiany. Nie wydaje się to być doborem naturalnym jakiegokolwiek rodzaju. Który z poniższych powodów jest powodem, dla którego populacja nie jest w równowadze genetycznej?
A. dryf genetyczny
B. nowy drapieżnik przesuwa allele
C. Naukowiec źle mierzy

odpowiedź na pytanie #1

a jest prawidłowa. Powodem zmiany częstotliwości alleli jest najprawdopodobniej dryf genetyczny. Biorąc pod uwagę, że mała populacja zawiera tylko garść alleli, losowa utrata jednostki może być wysoko zauważona. Mniejsza populacja oznacza, że różnorodność gatunku występuje tylko u kilku osobników. Jeśli stracisz jedną z nich przez przypadkowy wypadek, stracisz całą część różnorodności.

2. Twój kolega z klasy próbuje argumentować, że równowaga genetyczna jest dowodem na to, że przynajmniej niektóre populacje nie ewoluują. Co im powiesz?
A. mają rację!
B. ewolucja jest procesem w czasie, gdzie równowaga jest tylko jednym punktem na tej osi czasu
C. Równowaga oznacza, że ewolucja jest skończona

odpowiedź na pytanie #2

B jest poprawna. W drodze do supermarketu zatrzymujesz się dla pieszego. Podczas gdy twoja prędkość w tej części podróży wynosiła zero, nie oznacza to, że podróż się nie odbyła. To samo dotyczy równowagi genetycznej. Po prostu pokazuje, że częstotliwości alleli nie poruszają się, przynajmniej nie w tym momencie podróży. Wiemy, że ewolucja istnieje, ponieważ widzimy, jak populacje zmieniają się w czasie w nowe gatunki.

3. W populacji jest 8 ślimaków. Są dwa białe ślimaki, sześć różowych ślimaków i dwa czerwone ślimaki. Różowe ślimaki są heterozygotami. Czy ta populacja jest w równowadze?
A. Tak
B. Nie
C. Za mało informacji

odpowiedź na pytanie #3

C jest poprawna. Z tego pytania można zrobić wiele rzeczy. Na przykład, można obliczyć częstotliwości alleli różnych alleli, jak również współczynniki genotypowe. Aby jednak stwierdzić, czy ta populacja jest w równowadze, musimy obserwować następne pokolenie. Następnie moglibyśmy porównać genotypowe częstotliwości uzyskane z modelu Hardy ’ ego-Weinberga z rzeczywistymi częstotliwościami populacji. Dopiero wtedy mogliśmy stwierdzić, czy populacja utrzymuje równowagę genetyczną.