If you're seeing this message, it means we're having trouble loading external resources on our website.

Ако си зад уеб филтър, моля, увери се, че домейните *. kastatic.org и *. kasandbox.org са разрешени.

Основно съдържание

Курс: Биологична библиотека > Раздел 36

Урок 1: Интензивен курс : Биология

Популационна генетика : Когато Дарвин среща Мендел

Ханк говори за популационната генетика, която ни помага да си обясним еволюцията на популациите във времето, като щателно преглежда принципите на Мендел и Дарвин и чрез уравнението Харди-Уайнбърг. Създадено от EcoGeek.

Искаш ли да се присъединиш към разговора?

Все още няма публикации.
Разбираш ли английски? Натисни тук, за да видиш още дискусии в английския сайт на Кан Академия.

Видео транскрипция

Виж! Това е нашият приятел Грегор Мендел. Супер монахът, който открил основните принципи на генетиката. Надявам се, че си ги спомняш: двамата родители предават по една версия от всеки от гените си, т. нар. алели, на потомството си. И някои от тези алели са доминантни, или винаги се експресират (изявяват), докато други са рецесивни – експресират се само когато не са заедно с доминантен. О! И ето го нашия стар приятел Чъки Д. Позволява ми да го наричам така. Всичката тази информация, открита от Мендел. би му била много интересна, защото Дарвин е прекарал целия си живот в защита на идеите си за естествения подбор като основен двигател на еволюцията. Дарвин не е имал идея как белезите се предават на потомството. И въпреки че двамата са живели и работили по едно и също време, Мендел и Дарвин са умрели без да знаят, че идеите им се допълват. Днес ще ги представим един на друг, заедно с идеите им, чрез науката популационна генетика. Тя демонстрира как генетиката и еволюцията си влияят. Имам добри новини. Замесена е доста математика. На пръв поглед популационната генетика не е сложна идея. Изучава как популациите на един вид се променят генетично с времето, което води до еволюиране на видовете. Нека започнем с дефиниране на това какво е популация. Това е просто група от индивиди от един вид, които могат да се размножават помежду си. Тъй като имаме цял куп модерни джаджи за генетични изследвания и понеже, за разлика от Дарвин, знаем доста за наследствеността, можем да изучаваме генетичните промени в популации само за няколко поколения. Това е наистина вълнуващо и забавно, защото получаваме нещо като незабавно възнаграждение. Мога да наблюдавам еволюцията да се случва, докато съм жив. Сещаш се, да отметна това от списъка си. Част от популационната генетика (или поп-ген, понеже имаме абревиатури за всичко) включва изучаването на фактори, причиняващи промени в т. нар. алелна честота. А това е колко често определени алели се проявяват в популацията. Тези промени са в основата на това как и защо се случва еволюцията. Има няколко фактора, които променят алелната честота в една популация. И те са пет като филмите "Бързи и яростни" . За разлика от тях обаче, те са наистина много, много важни. И са основната причина всичкият сложен живот на Земята да съществува. Главният селективен натиск е просто самият естествен подбор. Любимото дете на Дарвин, което той защитава от враговете си през цялата си кариера. Вече знаем, че естественият отбор е причината алелите, които правят животните най-силни, най-мощни и с най-голяма вероятност да преживеят, най-често срещани в популацията. Повечето видове селективен натиск са свързани със средата – като липса на храна, наличие на хищници или паразити. На ниво популация една от най-важните еволюционни сили е половият подбор. Популационната генетика му отделя специално внимание, най-вече когато става дума за асортативно чифтосване. Това е начин на живот, който насърчавам сред моите ученици: не се чифтосвайте на случаен принцип. Половият отбор е идеята, че определени индивиди ще бъдат по-привлекателни партньори от други заради специфични черти. Това значи, че ще бъдат избрани да правят повече секс и следователно повече потомци. При популационната генетика половият отбор означава, че чифтосването не е със случаен партньор. Има специфични черти, които са предпочитани, дори и да не правят животното технически по-годно за оцеляване. Половият отбор променя генната структура на една популация, защото алелите на най-успешните индивиди ще се появяват по-често в генофонда. Плодовитите ще се плодят. Друг важен фактор тук, и друго нещо, което Дарвин е искал да разбере, е мутацията. Понякога, когато яйцеклетките и сперматозоидите се формират през мейозата, се случва грешка в копирането на ДНК. Лоши грешки в ДНК могат да доведат до смърт или деформация на потомъка. Но не всички мутации са лоши. Понякога тези грешки могат да създадат нови алели, които да облагодетелстват индивида, като го направят по-добър в намирането на храна или избягването на хищници, или намирането на партньор. Тези добри грешки и алелите, произлезли от тях, се предават на следващото поколение и в популацията. Четвърто, имаме генетичен дрейф, което е промяна на честотата на алелите поради случаен шанс. Шанс, който е по-голям, ако популацията е малка. Това се случва много по-бързо, ако популацията бъде ударена от торнадо или нещо подобно. Генетичният дрейф не прави индивидите по-приспособени, а просто различни. Накрая, като става дума за революционери сред алелите, трябва да уважаваш генната миграция. Това е, когато индивиди с различни гени попаднат в една популация и разпространят алелите си навсякъде в нея. Имиграцията и емиграцията са добри примери за това. Както при генетичния дрейф, ефектите са най-лесно видими при малки популации. Още веднъж нашите фактори: Естествен подбор – честотата на алелите за по-добро приспособяване нараства. Полов подбор – алели за по-привлекателни организми стават по-често срещани. Мутация – нови алели се появяват заради грешки в ДНК. Генетичен дрейф – променя се алелната честота заради случаен шанс. Генетична миграция – променя алелната честота заради смесване с нови популации с различни гени. След като вече знаеш всичко това, за да обясним конкретно как тези процеси влияят на популациите, ще трябва да забравим напълно за тях. Ще разгледаме така наречения Закон на Харди-Вайнберг. Годфри Харди и Вилхелм Вайнберг са двама учени, които независимо един от друг през 1908 година достигат до едно и също уравнение, което описва как при точните обстоятелства генетиката на Мендел работи за мащаба на една цяла популация. Но тези точни обстоятелства изискват отсъствието на всички фактори, които споменах. Простото уравнение на Харди и Вайнберг ни показва честотата, с която можеш да очакваш да намериш различни алели в хипотетична нееволюираща популация. Това странно хипотетично състояние се нарича равновесие на Харди-Вайнберг. В него честотата на алелите в популацията остава постоянна от поколение на поколение. За да е сигурно, че това се случва, никакви необичайни неща не са позволени. Равновесието на Харди-Вайнберг изисква: Да няма естествен отбор. Което значи, че нито едни алели не са по-благоприятни от други. Затова по-добрите алели няма да бъдат селектирани в популацията. Без полов отбор. Което значи, че чифтосването в популацията трябва да е напълно случайно. Никой индивид не може да има по-добър шанс от друг. Да няма мутации. Защото мутациите променят генофонда. За уравнението на Харди-Вайнберг е нужна огромна популация, защото колкото по-малка е тя, толкова по-вероятно е да има генетичен дрейф. И да няма генетична миграция. Това значи, че никой не може да си доведе яките братовчеди от съседния остров, защото това ще обърка значително алелните честоти. Ако се сещаш какво имам предвид. Очевидно, никакви забавления и много правила. Харди и Вайнберг са открили комбинацията по едно и също време. Не може да е толкова сложно, защото не е някакъв вид "гръм от небето" като вдъхновението на Айнщайн. Те просто са разбрали нещо, което било доста просто. Въпросът е дали можем да направим същото сега. Можем ли да го открием сами? Това, което търсим, е отношението между фенотипа и реалната честота на гените в популацията. Как продължаваме оттук? Уви! Ушна кал! Консистенцията на ушната кал е черта на Мендел. Влажната ушна кал е голямо W, защото е доминантна, а сухата е рецесивна, затова е малко w. Имаме честотата на доминантния влажен алел в популацията p и честотата на рецесивния сух алел q, (правило ли ти е впечатление, че q е като p наобратно) Тъй като в цялата популация има само два алела за този ген, p + q = 1 Ако честотата на p е 75%, единствената възможност е q да бъде 25%. Така сборът им е 1. Представи си, че отиваме на този хипотетичен и скучен остров на Харди-Вайнберг и там има сто души, и проверяваме ушите на всеки един от тях. 9 процента от тях имат суха ушна кал. Това са 9/100 или 9%, или 0,09. Знаеш как се смята. Но това не е q, не е честотата на малкото w. Това е честотата на ww – хомозиготно ww. Това е изразеният фенотип, а не генотипът. Него не го знаем все още. Знаем честотата на ww. Но знаеш, че ще има куп други w-алели, които са част от хетерозиготни двойки. Как ще разберем къде са? И колко такива има? Нямам представа. Стигнах до засечка. Не знам. Изгубих се. Когато съм в задънена улица като тази, се връщам към това, което знам: знам, че тази честота на W плюс w е равна на 1. Но това е цялата популация. Искаме да знаем генотипа на всеки индивид, значи 2 различни алела. Какво се случва: това става два пъти във всеки индивид. Значи трябва да го повдигнем на квадрат. Когато повдигнем на квадрат този израз, ако си спомняш изобщо нещо от алгебрата, получаваш p² + 2pq + q² = 1. Точно това направили Харди и Вайнберг. И това е уравнението на Харди-Вайнберг. p² е вероятността за ww. 2pq тук е хетерозиготният. А q² е хомозиготен рецесивен. Добрата новина: знаем ww. Знаем, че хомозиготният рецесивен ген е 0,09. Вече имаме тази информация. Знаем колко е q². То е 0,09. И за да пресметнем колко е q, просто изчисляваме корен квадратен от тази стойност. Ужасен символ √. Това е 0,3 или 30%. 30% честота на q в популацията. Тогава използваме най-простото уравнение на света, за да намерим p. Това е 1 минус 0,7. Сега като използваме уравнението на Харди-Вайнберг, можем да продължим нататък след честотата на алелите и да говорим за честота на генотипите. Честотата на WW хомозиготен доминантен е p². Имаме p, така че само трябва да го повдигнем на квадрат и това е равно на 0,49. Или 49% от популацията са хомозиготни доминантни. Сега смятането става дори още по-лесно. За да намерим колко хетерозиготни има, просто умножаваме 2 по p, което е 0,7, по 0,3, което е q. И това е равно на 0,42. Това съм го сметнал предварително. Не, не го знам просто така. 9% от населението са хомозиготни рецесивни, 49% са хомозиготни доминантни и 42% са хетерозиготни, изразяващи влажна ушна кал, но с това малко w вътре. Якото на всичко това е, че можем да видим как работят идеите на Мендел при голяма популация. Когато нещата не отговарят на това уравнение, знаем, че е в действие някой от петте фактора, вероятно и повече от един. Например група готини сърфисти са се пренесли на острова и всичките имат суха ушна кал. Те започват да предават готините си сърфистки гени из мястото. И вече няма случайно чифтосване. То веднага се изпарява, когато се появят готини сърфисти.