Изменения генофонда популяций таблица – Изменение генофонда популяций – факторы и причины

Изменение генофонда популяций – факторы и причины


Как известно, частота генов одного вида на протяжении определенного промежутка времени стабилизируется. В дальнейшем в генофонде этого вида гены не изменяются. Примерно так гласит правило Харди-Вайнберга. Но это может быть, только когда нет какого-либо отбора и миграции некоторых особей одного вида, а скрещивание между ними происходит совершенно случайно. Помимо этого, должно насчитываться бесконечное множество видов одной популяции. И вполне понятно, что в природе выполнить эти условия на сто процентов невозможно. Из этого следует, что генофонд природной популяции никогда не будет полностью стабильным.

Преобразование генофонда популяции

Имея определенный генофонд, который контролируется естественным отбором, некоторым видам отведено первое место в эволюционных преобразованиях популяции. Все изменения, происходящие у одного вида, являются прямым преобразованием генофонда популяции.

Изменяться генофонд может, когда к нему прибывают другие особи из других видов. Кроме этого, изменения могут возникать в ходе мутаций. Изменение генов может происходить из-за воздействия внешней среды обитания, ведь она может повлиять на плодовитость популяции. Другими словами, изменение генофонда станет результатом естественного отбора. Но если условия пребывания изменить, тогда восстановится прежняя частота генов.

Также генофонд станет скудным, если произойдет дрейф генов при небольшой численности особей. Снизиться она может по разным причинам, а после этого, возрождение вида будет уже с иным генофондом. Например, если место обитания популяции, это суровый и холодный климат, тогда отбор генов будет направлен в сторону именно морозостойкости. Если по каким-то причинам животному необходима маскировка, тогда будет понемногу изменяться его окрас. В основном такие изменения происходят, когда популяция заселяет новые территории. Если к ним будут присоединяться другие мигранты, тогда произойдет и обогащение генофонда.

Факторы изменения генофонда

Кроме этого, изменить генофонд популяции могут и различные факторы, например:

  • спаривание со случайными партнерами, которое свойственно некоторым особям;
  • исчезновение редких популяций, в связи с гибелью носителя генов;
  • возникновение определенных барьеров, которые разделили вид на две части, причем численность их при этом неравная;
  • гибель примерно половины особей, вследствие катастрофы или другой непредвиденной ситуации.

Помимо этих факторов, генофонд может «обеднеть», если будет происходить миграция особей с определенными свойствами.

ecoportal.info

Изменения генофонда популяций

 

Согласно известному правилу Харди–Вайнберга, частоты генов в популяции в течение определенного времени достигают равновесия и далее их соотношение в генофонде популяции остается неизменным. Однако это возможно лишь при условии, что вообще отсутствует какой–либо отбор или миграции особей с определенными свойствами, а скрещивание между особями происходит случайно (абсолютная панмиксия). Кроме того, численность такой популяции должна быть бесконечно большой. Очевидно, что в природе эти условия выполнимы лишь в определенной степени, а это означает, что генофонд природной популяции не может быть абсолютно стабильным.

 

Генофонд может обогащаться за счет прибытия мигрантов из других популяций, а также за счет мутаций. Концентрации тех или иных аллелей могут меняться в результате воздействия внешних условий, приводящих к гибели или снижению плодовитости особей с тем или иным генотипом, т.е. в результате отбора. Правда, при прекращении отбора в случае сохранения гетерозиготности восстанавливаются прежние частоты генов. Генофонд, популяции может быть обеднен при регулярной утечке обладающих определенными свойствами мигрантов.

Другая причина обеднения генофонда связана с так называемым дрейфом генов при малой численности популяции. Механизм этого явления достаточно четко описан в «Курсе общей энтомологии» Ю. А. Захватами (1986). Приведем здесь отрывок из этой книги.

 

«В основу концепции дрейфа генов положены представления о случайном характере распределения частот генов и непредставительности (не презентативности) малых выборок. Обратимся к обычному для статистиков примеру. Из урны, заполненной 5000 белыми и 5000 черными шарам (символизируют для нас аллели А и а), вынем подряд первую тысячу шаров и убедимся, что около половины из них будут белыми. Допустим, что мы вынули 514 белых и 486 черных шаров. Увеличив каждое из этих чисел в 10 раз (размножение – В.Ч.), заполним вторую урну 5140 белыми и 4860 черными шарами и, перемешав их, повторим процедуру. Возможно, что из 1000 взятых на этот раз шаров 506 окажутся черными, а 494 белыми. Многократно повторив данный эксперимент, можно убедиться, что число шаров разного цвета каждый раз будет близким к 500.

 

Однако если мы заполним урну только 100 шарами и вынем первые 10, то, возможно, среди них белых (или черных) будет несколько больше половины, например 6. Теперь возьмем 60 белых и 40 черных шаров и, перемешав их в урне, вынем снова первые 10. Скорее всего, число белы шаров будет большим и, многократно повторяя эту процедуру, мы увидим что число черных шаров становится все меньшим и, наконец, они все будут замещены только белыми. Неизбежное следствие наблюдаемого при этом «дрейфа генов» – утрата одних и фиксация других аллелей, а это, в свою очередь, приводит к сокращению гетерозиготности популяций и затуханию связанной с этим изменчивости. Скорость этого затухания прямо пропорциональна величине популяции, чем она меньше, тем быстрее проявляются все последствия дрейфа».

Действительно, практика разведения насекомых показывает, что дрейф генов становится заметным лишь при исходной численности популяции менее 100 особей. Если же исходная численность более 500, дрейфом генов можно пренебречь.

 

Очевидно, что при культивировании насекомых во многих случая можно обнаружить дрейф генов и соответствующее уменьшение гетерозиготности. Сохранять гетерозиготность по генам, не имеющим существенного значения для необходимых свойств культуры, и тем самым предотвращать ее возможное вырождение можно, сочетая инбридинг с аутбридингом (неродственным спариванием). Однако это целесообразно лишь в том случае, если гетерозис связан со сверхдоминированием по генам, влияющих на приспособленность. Если же инбредная депрессия обусловлена тем, что вредные рецессивные мутации становятся гомозиготными, максимальный эффект достигается отбором наилучших инбредных линий. Во многих же случаях дрейф генов вообще не проявляется, так как ему противостоит отбор по адаптивным признакам.

 

Подчеркнем, что дрейф генов может иметь место и в природе при существенном сокращении численности популяций по любым причинам: от неблагоприятной погоды, эпизоотии, применения инсектицидов, или любых других защитных мероприятий. Возрождающаяся после таких воздействий популяция имеет уже несколько иной генофонд, причем изменения популяции направляются отбором в сторону наибольшей устойчивости к этим неблагоприятным воздействиям. Аналогичная потеря богатства генофонда, вызванная дрейфом генов, имеет место в природе при заселении новой территории незначительным количеством мигрантов. Однако если поток мигрантов продолжается, происходит встречное обогащение генофонда

 

Другая причина вырождения лабораторной культуры – это лабораторные условия, как правило, обеспечивающие сохранение и размножение ослабленных особей с неблагоприятным генотипом, которые неминуемо погибли бы в природе. Более того, эти ослабленные особи получают преимущество в размножении, так как они обычно менее агрессивны и лучше переносят высокую плотность популяции, которая в лаборатории обычно на несколько порядков выше, чем в природе,

Тем не менее известно много случаев, когда лабораторная культура стабилизируется и может существовать на протяжении неопределенного числа поколений. Как мы отмечали выше, здесь многое зависит от того, насколько удачно взят исходный материал. Во многих же случаях после 3–4 поколений культура насекомых погибает и приходится брать новый материал.

 

 

ИЗМЕНЕНИЕ ГЕНОФОНДА

Изменение среды обитания, происходящее в результате деятельности человека, оказывает на человеческие популяции воздействие, которое по большей части вредоносно, приводит к росту заболеваемости и сокращению продолжительности жизни. Однако в развитых странах средняя продолжительность жизни неуклонно примерно на 2,5 года за десятилетие приближается к своему биологическому пределу (95 лет), в рамках которого конкретная причина смерти не имеет принципиального значения. Воздействия, казалось бы и не ведущие к преждевременной смерти, тем не менее нередко снижают качество жизни, но более глубокая проблема заключается в незаметном постепенном изменении генофонда, которое приобретает глобальные масштабы.

Генофонд обычно определяют как совокупность генов, имеющихся у особей данной популяции, группы популяций или вида в пределах которых они характеризуются определенной частотой встречаемости.

О воздействии на генофонд чаще всего говорят в связи с радиационным загрязнением, хотя это далеко не единственный фактор, влияющий на генофонд. По мнению В.А. Красилова, существует большой разрыв между обиходными и научными представлениями о влиянии радиации на генофонд. Например, нередко говорят об утрате генофонда, хотя совершенно ясно, что генофонд человеческого вида может быть утрачен лишь при условии практически поголовного уничтожения людей. Утрата генов или их вариантов в обозримых масштабах времени вероятна лишь в отношении очень редких вариантов. Во всяком случае не менее возможно появление новых вариантов гена, изменение генных частот и соответственно частот гетерозиготных и гомозиготных генотипов. Все эти события укладываются в представление об изменении генофонда (рис. 8).

В.А. Красилов отмечает, что далеко не все оценивают изменение генофонда как негативное явление. Сторонники евгенических программ считают возможным избавиться от нежелательных генов путем физического уничтожения или исключения их носителей из процесса воспроизводства. Однако действие гена зависит от его окружения, взаимодействия с другими генами. На уровне личности дефекты нередко компенсируются развитием особых способностей (Гомер был слепым, Эзоп уродливым, Байрон и Пастернак хромыми). А доступные сегодня методы генной терапии открывают возможность исправления врожденных дефектов без вмешательства в генофонд.

Стремление большинства людей сохранить генофонд таким, каким его создала природа, имеет под собой вполне естественные основания. Исторически генофонд сложился в результате длительной эволюции и обеспечил приспособление человеческих популяций к широкому спектру природных условий. Генетическое разнообразие людей на популяционном и индивидуальном уровнях иногда носит очевидный адаптивный характер (например, темный цвет кожи в низких широтах, связанный с устойчивостью к ультрафиолетовому излучению), в других же случаях нейтрально по отношению к факторам среды. Независимо от этого генетическое разнообразие предопределило многообразие и динамичность развития человеческой культуры. Высшее достижение этой культуры гуманистический принцип равноценности всех людей в переводе на биологический язык означает сохранение генофонда, не подлежащего искусственному отбору.

Вместе с тем продолжается действие и естественных факторов изменения генофонда мутации, дрейф генов и естественный отбор. Загрязнение среды влияет на каждый из них. Хотя эти факторы действуют совместно, в аналитических целях имеет смысл рассмотреть их по отдельности.

Факторы мутагенеза. К ним из физических воздействий кроме ионизирующего излучения, возможно, относятся электромагнитные поля. Установлено, например, повышение заболеваемости лейкемией у лиц, проживающих длительное время вблизи высоковольтных линий электропередачи. Из сотен тысяч разнообразных химических соединений, поступающих в среду в виде бытовых и производственных загрязнений, около 20% генотоксичны.

Рис.8. Изменение генофонда (по В. А. Красилову)

Мутационные изменения снижают жизнеспособность организма в 12-кратном соотношении со скоростью гаметного мутагенеза. Наряду с прямым канцерогенным эффектом мутациями, нарушающими взаимодействие клеточных клонов в процессе их роста и трансформации, происходит нарушение контрольных функций гормональной и иммунной систем, на фоне которого возрастает риск злокачественных новообразований как хемотоксичной, так и вирусной этиологии. Мутагенез, сопровождающий встраивание вирусной частицы в клеточный геном, также может возрастать вследствие иммунной недостаточности организма, появления новых штаммов вирусов или того и другого.

Дрейф генов. В прошлом дрейф генов был связан с резкими колебаниями численности локальных популяций, истребляемых войнами и эпидемиями. Выжившие основатели новой популяции передавали ей черты своей генетической индивидуальности. Утраченная часть генетического разнообразия восстанавливалась за счет повторных мутаций и потока генов, но определенные отличия могли сохраняться длительное время. Сегодня рост численности и более подвижный образ жизни предохраняют генофонд от дрейфа генов, разве что за исключением малочисленных популяций на океанических островах, в горных районах или тропических лесах.

Естественный отбор. Внимание общественности и экспертов в первую очередь привлекают генотоксичные факторы прямого действия и связанные с ними заболевания, тогда как естественный отбор в долгосрочном плане гораздо более мощный фактор изменения генофонда остается в тени. Между тем любое воздействие на среду хотя бы в небольшой степени изменяет направленность отбора, создавая давление на популяцию и сдвигая частоты соответствующих генотипов. Ген может долго удерживаться в популяции, несмотря на негативный отбор (который недостаточно эффективен при низких частотах), но угроза обеднения генофонда со временем становится все более реальной.

Охрана среды обитания и системы здравоохранения факторы, но существу, противостоящие естественному отбору в человеческих популяциях. Тем не менее отбор действует в особенности на пренатальном уровне (например, в виде ранних самопроизвольных абортов, которые могут остаться незамеченными). Любое заболевание снижает шансы на успешную карьеру, создание семьи и полноценный генетический вклад в следующее поколение. Поскольку люди неравноценны в отношении устойчивости к воздействиям специфического и общего характера, то отбор работает в пользу более устойчивых, невзирая на их личностные качества, и тем более активно, чем больше загрязнение среды. Эти процессы не только сокращают разнообразие людей (3 тыс. лет назад светлокудрые ахейцы сражались с темноволосыми малоазийскими племенами; теперь настоящие блондины редки даже среди скандинавов, не говоря уже о греках), но и вымывают из популяции редкие гены, способствующие развитию социально ценных свойств, если они не сцеплены с генетическими факторами устойчивости к загрязнениям.

1. «Катастрофическое» вымирание. Существует мнение, что вымирание видов происходило в силу глобальных катастроф. Причины таких катастроф называют разные: падение крупного метеорита, сильная вулканическая активность, глобальные пожары, землетрясения, изменение орбиты Земли и т.д. Поскольку из всех вымерших организмов наибольший интерес вызывают динозавры, то большинство «катастрофических» гипотез касалось вымирания именно этих животных. Следует отметить, что в период господства креационной модели развития жизни, гибель большинства видов объяснялась именно катастрофами (самой крупной из которых был «Всемирный потоп», описанный в древних текстах). Закат катастрофизма пришёлся на 1830-е годы. Тогда в науке стала укрепляться идея униформизма (английского учёного Ч. Лайеля), согласно которой все жизненные и геологические процессы на протяжении всей истории Земли протекали точно так же, как и сегодня (т.е. безо всяких катастроф). Об этом непроменул отметить Дарвин: «Старый взгляд, по которому всё население земли уничтожалось катастрофами, повторявшимися в последовательные периоды, теперь оставлено почти всеми. Напротив того, виды и группы видов исчезают постепенно, один за другим, сначала в одном месте, затем в другом и, наконец, повсюду на Земле» (Дарвин, 1991).

Что же заставило учёных вновь обратиться к отвергнутой ранее идее катастроф? Как ни странно, – та жа палеонтология. Во время раскопок специалисты всё чаще наталкивались не на отдельные, случайно сохранившиеся останки живых организмов, а целые кладбища окаменелостей. Вот как описывает Г. Мартинсон раскопки в пустыне Гоби: «Нас поразило огромное скопление ископаемых рыб, заключенных в большие плиты плотных песчаников. Встречались также обломки костей динозавров и черепах, целые горизонты с раковинами моллюсков и остракод. В отложениях прибрежных участков собраны останки различных насекомых. В одних горизонтах встречались отпечатки папоротников и листья иных растений, в других – раковины моллюсков, скелетные остатки ракообразных, рыб и множество насекомых. Большое количество остатков стволов ископаемых болотных кипарисов… Неоднократно попадались кости динозавров и целые горизонты с панцирями черепах. Эти панцири в некоторых местах лежали так густо, что напоминали булыжную мостовую. Невольно напрашивается вопрос: какая причина могла вызвать столь массовую гибель этих животных?.. В Улан-Баторе в палеонтологической лаборатории геологического института АН МНР выставлены скелеты двух динозавров, сцепившихся в мертвой схватке. Небольшой хищный динозавр схватил в свои объятия рогатого динозавра – протоцератопса и вместе с ним был захоронен на илистом дне водоёма» (Мартинсон, 1980). Подобный экспонат мог появиться только в том случае, если смерть внезапно настигла их обоих, если бы они упали в водоём ещё живыми, то барахтаясь в воде, обязательно расцепились бы. Подобного рода описания можно приводить до бесконечности.

Помимо этого на всей земле были открыты огромные площади, занимаемые турбидитными отложениями и полистратовые окаменелости, образоваться которые могли только в условиях быстропротекающих геологических процессов. Чем больше учёные изучали геологические слои, тем больше появлялось свидетельств в пользу их быстрого образования: слои, на формирование которых по теории Лайеля необходимы миллионы лет, могли образоваться за месяцы, недели и даже дни. Самым решающим доводом в пользу быстрого образования геологических слоёв стали реальные наблюдения за крупными катастрофами и их последствиями. Так, в результате землетрясения и извержения вулкана Сант-Геленз (США, Вашингтон) в 1980 г. только за одни сутки образовался обширный слой осадочных пород толщиной в 8 м тонкой слоистой структуры, ничем не отличающейся от той, которую мы прослеживаем на срезе древних осадочных пород (Чащихин, 2001). «Большая часть униформистских идей Лайеля, – пишет известнейший американский геолог Джеймс Ши, – и особенно его идеи об идентичности причин, послуживших основой для современных и древних процессов, а также о медленном характере изменений и постоянство скорос­тей, были убедительно опровергнуты современными научными трудами. Сыграла свою роль и повсеместно растущая убежден­ность в том, что в качестве самостоятельной теории его взгляды на эти вопросы были попросту ошибочны» (Shea, 1982). Но не следует думать, что все эти открытия были сделаны только в последнее время. Обо всём этом знали ещё во времена Дарвина. «Чарльз Лайель был опытным юристом, – пишет американский палеонтолог и эволюционист С. Гулд, – и его книга представляет собой скорее адвокатскую речь в защиту униформизма, чем непредвзятое изложение фактов… Лайель очернил катастрофизм как отчаянную попытку шарлатанов сохранить Моисееву хронологию Земли, насчитывающую всего несколько тысяч лет. Сомневаюсь, что признанному научному мировоззрению когда-либо давалась более несправедливая характеристика» (Gould, 1989).

Однако современный катастрофизм (неокатастрофизм) довольно существенно отличается от катастрофизма времён Ж. Кювье, и оказался неспособным объяснить хоть и массовое, но избирательное вымирание видов. Ведь вымирания касались не экологических групп, а систематических (например, вымирают все динозавры – водные, наземные, летающие). «Никакие катастрофы не объясняют избирательности вымирания организмов, – пишет И. Попов, –принадлежащих к определенным группам высокого таксономического уровня: выжившие после «катастроф» и вымершие нередко мало различаются между собой в отношении способностей сопротивляться метеоритам, кометам, вулканам и пр.» (Попов, 2008). Следует отметить, что катастрофизм объясняет только факты массового вымирания в прежние геологические эпохи, но не объясняет причины исчезновения видов в периоды между катастрофами и в настоящее время. Потому ряд учёных-эволюционистов, особенно сторонников ортогенеза, вновь привлекла казалось бы забытая теория старения видов Д. Брокки.

2. Старение видов. В додарвиновский период броккизм (или теория филогеронтии) был столь же популярен, как и катастрофизм. Истоки его также лежат в креационизме: ряд библейских текстов недвусмысленно указывает на закон постепенной деградации всего живого мира. Вторая волна популярности пришла к броккизму в первой половине XX в. благодаря работам А. Гайэтта (1895), Ш. Дерпере (1907), Ф. Ле Дантека (1910), Д. Соболева (1924), А. Декюжи (1941), Ж. Салета и Л. Лафонта (1943). Последние авторы выпустили ряд книг с характерным названием «Старение живого мира» (Декюжи, 1941), «Регрессивная эволюция» (Салет, Лафонт, 1943) и др., в которых рисовали мрачную картину всеобщего упадка и деградации органического мира после грехопадения людей. Декюжи даже привёл список живых организмов, которые, как он полагал, имеют признаки старения и в скором времени вымрут. По его мнению, только человек может противостоять этому процессу.  (Попов, 2008; Назаров, 2005). Впоследствии их выводы поддержали такие видные учёные как микробиолог и протистолог А. Львов (1944), генетик и селекционер Н. Гериберт-Нильссон (1953), зоолог А. Вандель (1964) и др.

        Сторонники дарвинизма жёстко критиковали броккизм, считая, что это «недопустимая в естествознании фантасмагория». «Представление о том, что филогенетические ветви проходят жизненный цикл, начинающийся возникновением и кончающийся смертью вида (или группы), должно быть отвергнуто как явно антинаучное», – писал советский дарвинист Л. Давиташвили (Давиташвил, 1948). И это вполне понятно: броккизм не только противоречил теории естественного отбора (по вышеназванной причине, см. сноску 4), но и объяснялся неким «мистическим» законом направленного развития, который непонятно откуда взялся и кем направляется, а то и вообще в духе креационизма.

Впрочем, современные броккисты нашли более подходящее, так сказать, «немистическое», объяснение. Например, зоолог И. Попов (С.-Петерб. ун-т) описывает механизм старения видов следующим образом: в процессе размножения каждый организм стремится воспроизвести свои копии, однако из-за ошибок, возникающих в процессе копирования ДНК (мутаций), он не может воспроизводить абсолютно точные копии неопределенно долгое время, поэтому в ходе смены поколений вид неизбежно изменяется, даже если он хорошо приспособлен к окружающей среде. В какой-то момент времени эти изменения становятся нерациональными и приводят вид к вымиранию (Попов, 2008).

Такое объяснение кажется вполне приемлемым, однако, едва ли способно убедить в правоте броккизма, поскольку, как пишут А. Яблоков и А. Юсуфов «против такой финалистической концепции свидетельствуют факты существования достаточно многочисленных [«живых ископаемых»], явно как и факты крайне быстрого вымирания некоторых видов» (Яблоков, 2006). Живые ископаемые – это представители ныне живущих (или недавно вымерших) групп, найденные в практически неизменной форме в самых древних слоях геохронологической колонки. Список таких видов просто огромен: это плеченогие Lingula, впервые обнаруженные в кембрии, т.е. в слоях более чем пятисотмиллионлетней давности, мечехвосты Limulus, типичные представители силурской фауны (450 млн. лет), моллюски (Neopilina, Pleuotomaria, Nucula, Nautilus, Leda, Modiolus), морские звёзды, морские лилии, пауки-пикногоны, кистепёрые и двоякодышащие рыбы, рептилии гаттерия и туатару, опоссум, голосеменные растения (араукарии, воллемия, метасеквойя, гинкго), покрытосеменные (магнолии, тюльпанное дерево), хвощи (Equisetum), папоротники (Osmunda, Gleichenia), плауны (Lycopodium, Selaginella), а также множество водорослей, грибов, простейших, бактерий[5] – все они за предполагаемые сотни миллионов лет своего существования не претерпели почти никаких изменений. Действительно, реликтовые виды – довольно весомый аргумент против всеобщей теории старения видов, однако для самого дарвинизма они представляют куда более серьёзную проблему, чем для броккистов.

«Ещё один парадокс заключается в длительном существовании архаичных форм, казалось бы давно побежденных в борьбе за существование, но тем не менее проявляющих завидную стойкость. Сказать, что, раз они выжили, стало быть, достаточно приспособлены к тем условиям, в которых выжили, значило бы полностью заслужить упрек в тавтологичности, часто бросаемый теории отбора» (Красилов, 1986).

studfiles.net

Изменение генофонда популяций

Вспомним что, популяция — это группа одновидовых организмов, занимающих определённый участок территории внутри ареала вида, свободно скрещивающихся между собой и частично или полностью изолированных от других популяций.

Каждая популяция характеризуется своим специфическим набором генов (генофондом) с присущим только данной популяции соотношением частот встречаемости разных аллелей.

Что значит частота аллеля? Рассмотрим очень маленькую популяции. Пусть в ней будет только два человека. С карими глазами и его генотип по этому признаку будет Вb (бэ-большое, бэ-малое). Где В (Бэ-большое) отвечает за карий цвет глаз, а b (бэ-малое) за голубой. Второй человек с голубыми глазами с генотипом bb (бэ-малое, бэ-малое), то есть (рецессивная гомозигота). Вот аллель голубых глаз, какова его частота? В этой популяции есть ровно четыре аллеля ― это 100 %. Частота аллеля b (бэ-малое) составляет 75%, а частота аллеля карих глаз 25%. Частота аллеля относится к частоте генотипов, хромосоме каждой из особей в популяции. Частота аллеля не является частотой фенотипов.

Итак, частотой аллеля называют отношение количества изучаемых аллелей у всех особей к общему количеству аллелей в популяции.

Генетическое равновесие в популяциях

Генетическое равновесие популяции или постоянство частот встречаемости различных аллелей — это сбалансированное состояние генофонда популяций, которое стабильно и практически не меняется. То есть когда частота аллей различных генов в популяции постоянна.

Генетическое равновесие в популяции наблюдается при относительном постоянстве условий среды и высокой численности популяции.

Однако генетическое равновесие часто нарушается из-за различных факторов.

В каждой достаточно долго существующей совокупности особей могут спонтанно возникать различные мутации, которые в дальнейшем комбинируются (перемешиваются) с разными, уже имеющимися наследственными свойствами.

Каждый аллель из тех, что мы наблюдаем в популяциях, когда-то возник в результате мутации.

Под действием мутаций, которые закрепляются в генофондах популяций, происходит нарушение генетического равновесия, изменяются виды, что ведёт к эволюции организмов.

В поколении закрепляются только те мутации, которые способствуют выживанию вида. Тогда как организм с неблагоприятными мутациями погибает и не даёт потомство. Следовательно, такая мутация в популяции закрепляться не будет.

Рассмотрим причины нарушения генетического равновесия

В популяциях имеются большие запасы таких аллелей, которые не приносят ей какой-либо пользы в данном месте или в данное время; они сохраняются в популяции в гетерозиготном состоянии, пока в результате изменения условий среды вдруг не окажутся полезными.

Как только условия среды изменяются, частота новых аллелей под действием отбора начинает возрастать, и в конечном счёте они становятся основным генетическим материалом.

Примером подобной адаптации служит эволюция видов насекомых, устойчивых к инсектицидам. При введении в практику нового инсектицида (яда, действующего на насекомых) для успешной борьбы с насекомым-вредителем бывает достаточно небольшого его количества. С течением времени концентрацию инсектицида приходится повышать, пока, наконец, он не оказывается недейственным.

Гены, способные обеспечить устойчивость к инсектицидам, очевидно, имелись в каждой из популяций этих видов; их действие и обеспечило в конечном итоге снижение эффективности ядов, использованных для борьбы с вредителями.

Особи, которые не имеют каких-то необходимых свойств для выживания «полезные» гены, не выдерживают конкуренции и погибают.

Так по прошествии какого-то времени, в результате естественного отбора происходит исчезновение одних признаков и эволюция других, а вместе с этим изменение генофонда популяции. То есть действие естественного отбора приводит к направленным изменениям генофонда популяции — повышению частот «полезных» генов.

Однако изменение генофонда может быть и ненаправленным, то есть случайным.

Какие факторы влияют на такое изменение? Давайте разберёмся.

Ненаправленные, случайные изменения генофонда могут происходить, например, из-за миграции организмов.

Миграция ─ это перемещение части популяции в новое место обитания.

Например, если небольшая часть животных или растений поселяется на новом месте, то генофонд вновь образованной популяции будет естественно меньше генофонда родительской популяции.

И если редкие гены, которые ранее не проявлялись в родительской популяции, находятся в генотипах мигрировавшей популяции, то теперь они могут быстро распространяться (вследствие полового размножения) среди особей новой популяции.

И наоборот ранее широко распространённые гены, которые были у многих особей родительской популяции, но отсутствуют у особей мигрировавшей популяции, не проявляются.

Ненаправленные, случайные изменения генофонда могут происходить и в случаях, когда популяция разделяется на две неравные части естественными или искусственными барьерами.

Например, построенная бобрами плотина может разделить обитавшую в реке популяцию рыб на две части. Генофонд малой популяции, который берет начало от малого количества особей, может, опять же в силу случайных причин, отличаться от генофонда исходной по составу. Он будет нести в себе только те генотипы, которые случайно подобрались среди малого числа основателей новой популяции. Редкие аллели могут оказаться обычными в новой популяции, возникшей в результате её обособления от исходной популяции.

Ненаправленные, случайные изменения генофонда могут происходить также из-за различных природных катастроф.

Например, после пожара в лесу остаются выжившими лишь немногие организмы.

В таких популяциях состав генофонда будет сформирован из случайно подобранных генотипов.

Вслед за спадом численности начинается массовое размножение, начало которому даёт немногочисленная группа. Генетический состав этой группы определит генетическую структуру всей популяции в период её расцвета.

При этом некоторые мутации могут совсем исчезнуть, а концентрация других — резко повысится.

Набор генов, оставшихся у живых особей, может несколько отличаться от того, который существовал в популяции до катастрофы.

Резкие колебания численности популяций, чем бы они ни были вызваны, изменяют частоту аллелей в генофонде популяций.

Чем меньше численность популяции, тем выше вероятность потери редких генов, тем большее влияние оказывают на состав генофонда случайные факторы.

Периодические колебания численности свойственны почти всем организмам.

Эти колебания изменяют частоту генов в популяциях, возникающих на смену друг другу.

Примером являются некоторые насекомые; только малое их количество выживает после зимы. Эта малая доля даёт начало новой летней популяции, её генофонд часто отличается от генофонда популяции, существовавшей год назад.

Таким образом, действие случайных факторов обедняет и изменяет генофонд малой популяции по сравнению с его исходным состоянием. Явление изменения состава генофонда, под действием случайных факторов называется дрейфом генов. В результате дрейфа генов может сложиться жизнеспособная популяция со своеобразным генофондом, во многом случайным, поскольку отбор в данном случае не играл ведущей роли.

По мере увеличения численности особей вновь восстановится действие естественного отбора, который будет распространяться уже на новый генофонд, приводя к его направленным изменениям.

Совокупность всех этих процессов может привести к обособлению нового вида.

Итак, мы рассмотрели с вами факторы, которые влияют на случайное изменение генофонда ― ненаправленное.

И сказали, что направленное изменение генофонда происходит благодаря естественному отбору.

Естественный отбор — это основной эволюционный процесс, в результате действия которого в популяции увеличивается число особей, обладающих максимальной приспособленностью (наиболее благоприятными признаками), в то время, как количество особей с неблагоприятными признаками уменьшается.

Естественный отбор приводит к последовательному возрастанию частот одних генов (полезных в данных условиях) и к снижению других.

Вследствие естественного отбора в генофонде популяций закрепляются полезные гены, т. е. благоприятствующие выживанию особей в данных условиях среды.

Их доля возрастает, и общий состав генофонда меняется.

Изменения генофонда под действием естественного отбора должны приводить и к изменениям фенотипов, то есть особенностей внешнего строения организмов, их поведения и образа жизни, а в конечном итоге — к лучшей приспособленности популяции к данным условиям внешней среды.

videouroki.net

Изменения генофонда популяций. Нарушения генетического равновесия

  • ГДЗ
  • 1 Класс
    • Математика
    • Английский язык
    • Русский язык
    • Немецкий язык
    • Информатика
    • Природоведение
    • Основы здоровья
    • Музыка
    • Литература
    • Окружающий мир
    • Человек и мир
  • 2 Класс
    • Математика
    • Английский язык
    • Русский язык
    • Немецкий язык
    • Белорусский язык
    • Украинский язык
    • Информатика
    • Природоведение
    • Основы здоровья
    • Музыка
    • Литература
    • Окружающий мир
    • Человек и мир
    • Технология
  • 3 Класс
    • Математика
    • Английский язык
    • Русский язык
    • Немецкий язык
    • Белорусский язык
    • Украинский язык
    • Информатика
    • Музыка
    • Литература
    • Окружающий мир
    • Человек и мир
    • Испанский язык
  • 4 Класс
    • Математика
    • Английский язык
    • Русский язык
    • Немецкий язык
    • Белорусский язык
    • Украинский язык
    • Информатика
    • Основы здоровья

resheba.me

Конспект урока по тема: изменения генофонда популяций

Конспект урока по тема:

ИЗМЕНЕНИЯ ГЕНОФОНДА ПОПУЛЯЦИЙ .

Цели: продолжить формирование понятия о популяции

как единице эволюции, показать влияние движущих сил эволюции на генофонд популяции, познакомить с ненаправленными и направленными изменениями генофонда, с механизмами формирования приспособленности организмов.

Оборудование: таблицы и схемы «Движущие силы эволюции».

Ход урока

I. Проверка знаний.

1. Биологический диктант.

Популяция – это группа одновидовых организмов… (занимающих определенный участок территории внутри ареала,свободно скрещивающихся между собой и частично или полностью изолированных от других популяций).

Биологические виды существуют в форме популяций, так как… (внешние условия в пределах ареала неоднородны).

Генофонд – это совокупность… (генотипов всех особей популяции).

Мутационный процесс – источник… (наследственной изменчивости).

Большая часть мутаций не проявляется внешне, потому что… (они рецессивны).

Мутации носят… характер (случайный).

-Большинство возникающих мутаций оказываются… (вредными).

Полезность или вредность мутаций определяет… (естественный отбор).

-Устойчивость насекомых к инсектицидам – пример… (адаптации).

Материал для эволюции поставляет… (мутационный процесс).

2.Ответ у доски по карточке.

Докажите, что существование вида в форме популяций повышает его внутреннее разнообразие, его устойчивость к местным изменениям условий жизни, позволяет ему закрепиться в новых для себя условиях.

3.Устный ответ у доски.

Каковы механизмы адаптации у организмов?

II. Изучение нового материала.

Объяснение проводится лекционным методом.1. Генетическое равновесие в популяциях.

Обладая специфическим генофондом, находящимся под контролем естественного отбора, популяции играют важнейшую- роль в эволюционных преобразованиях вида. Все процессы, ведущие к изменениям вида, начинаются на уровне видовых популяций 11 являются направленными процессами преобразований популяционного генофонда.

Частота встречаемости различных аллелей в популяции определяется частотой мутаций, давлением отбора, а иногда обменом наследственной информацией с другими популяциями в результате миграции особей. При относительном постоянстве условий и высокой численности популяции все указанные процессы приводят к состоянию относительного равновесия. В результате генофонд таких популяций становится сбалансированным, в нем устанавливается генетическое равновесие,

2 Причины нарушения генетического равновесия.

Изменения генофонда могут быть направленными и нена- _ености_ми. Ненаправленные, случайные изменения могут происходить вследствие разных причин. Одной из существен- ных причин, ведущих к изменению частот аллелей и генотипов в популяциях, служит поток генов, или миграция особей (семян, спор, пыльцы). Чем выше интенсивность миграции и чем больше разница в частотах аллелей, тем больше ее воз- действие на популяционное равновесие и генотипические частоты. Нечасто популяции представляют собой совершенно закрытые системы. Обычно между ними происходит обмен генами, величина которого зависит от пространственной близости и других причин.

Прекращение потока генов из популяции в популяцию может быть результатом различных событий и иметь неодинаковые эволюционные последствия. В таких случаях имеют место полирующие механизмы, связанные с резким ограничением Или полным прекращением скрещивания с представителями разных популяций и видов.

Примером изолирующего барьера может служить изоляция, низанная с изменениями в ландшафте: образование преград в виде рек, горных хребтов, лесных массивов и т. Д. В результате свободное скрещивание сухопутных особей затрудняется из-за водных барьеров, а особей, обитающих в воде, — из-за барьеров суши. Возвышенности изолируют равнинные участки, а равнины – горные популяции.

Изоляция, нарушая панмиксию и действуя длительное время, закрепляет различия в частотах встречаемости различных генотипов (тогда как свободное скрещивание ведет к сглаживанию различий). Однако, несмотря на длительность действия изоляции, ее давление на популяцию так же ненаправленно, как и давление факторов (мутационные процессы, «волны жизни») – поставщиков эволюционного материала.

Факторы – поставщики эволюционного материала изменяют частоты аллелей, а изоляция усиливает их действие независимо от того, ведет это к повышению или к понижению приспособ_ености организмов к условиям существования.

Состав генофонда может меняться под действием природных катастроф. В популяции, пережившей катастрофу, состоящей из особей, оставшихся в живых случайно, состав генофонда будет сформирован из случайно подобранных генотипов.Вслед за спадом численности начинается массовое размножение, начало которому дает немногочисленная группа. Генетический состав этой группы определит генетическую структуру всей популяции в период ее расцвета. При этом некоторые мутации могут снова исчезнуть, а концентрация других – резко повысится. Набор генов, оставшихся у живых особей, может несколько отличаться от того, который существовал в популяции до катастрофы.

Резкие колебания численности популяций, чем бы они ни были вызваны, изменяют частоту аллелей в генофонде популяций. При создании неблагоприятных условий и сокращении численности популяции из-за гибели особей может происходить утрата некоторых генов, особенно редких. В целом, чем меньше численность популяции, тем выше вероятность потери редких генов, тем большее влияние оказывают на состав; генофонда случайные факторы. Периодические колебания численности свойственны почти всем организмам. Эти колебания изменяют частоту генов в популяциях, возникающих на смену друг другу.

Примером являются некоторые насекомые; только малое их количество выживает после зимы. Эта малая доля дает начало новой летней популяции, ее генофонд часто отличается от генофонда популяции, существовавшей год назад.

Случайное, ненаправленное изменение частот аллелей в малых популяциях Н. П. Дубинин и Д. Д. Ромашов назвали генетико-автоматическими процессами. Независимо от них американец С. Райт и англичанин Р. Фишер назвали это явление генетическим дрейфом.

Генофонд малочисленной популяции с самого начала беднее генофонда родительского вида, и подбор аллелей в нем случаен (в результате случайного подбора особей). Поскольку естественный отбор происходит эффективно при достаточно

большой численности особей, дальнейшая судьба генофонда малой популяции определяется главным образом действием (различного рода случайных факторов. Это было доказано и экспериментально. В пробирки с кормом посадили по две

самки и два самца мух дрозофил, гетерозиготных по аллелю А (Аа). В такой искусственно созданной популяции соотношение аллелей было одинаковым. Спустя несколько поколений оказалось, что частота аллелей меняется случайным образом, в некоторых популяциях был утрачен аллель А, в других, наоборот, все особи стали гомозиготами аа, часть популяций содержала оба аллеля.

Таким образом, несмотря на снижение жизнеспособности мутантных особей и, следовательно, вопреки естественному от- бору, в некоторых небольших популяциях мутантный аллель Полностью вытеснил нормальный. Это и есть результат случайною процесса – дрейфа генов.

Направленные изменения генофонда происходят вследствие естественного отбора. Естественный отбор приводит к последовательному возрастанию частот одних генов (полезных в данных условиях) и к снижению других. Вследствие естественного отбора в генофонде популяций закрепляются полезные гены, то есть благоприятствующие выживанию особей в данных условиях среды. Их доля возрастает, общий состав генофонда меняется. Изменения генофонда по действием естественного отбора должны приводить и к изменениям фенотипов, особенностей взаимного строения организмов их поведения и образа жизни, а в конечном итоге – к лучше приспособленности популяции к данным условиям внешне среды.

III. Закрепление.

Беседа по вопросам.

Как следует понимать выражение «генетическое равнове сие в популяциях»?

Каковы причины ненаправленных изменений генофонда?

Под влиянием чего происходят направленные изменения

генофонда?

Домашнее задание: § 56. Ответить письменно на вопрос:

Каким образом деятельность человека изменяет генофонд диких и домашних видов животных и растений?

Конспект урока по теме :

БОРЬБА ЗА СУЩЕСТВОВАНИЕ И ЕЕ ФОРМЫ

Цели: сформировать понятие о борьбе за существование как одном из центральных понятий теории эволюции Ч. Дарвина; познакомить с формами борьбы за существование.

Оборудование: таблицы и схемы «Движущие сил эволюции».

Ход урока

I. Проверка знаний.

1.Тестирование.Вариант 1

1)Элементарная единица эволюции — это:

а) популяция;
б)особь;

в) вид;

г)биоценоз.

Ответ: а).

2) Элементарный эволюционный материал поставляют: а) мутации;

б) модификации;

в) популяционные волны;

г) отбор.

Ответ : а).

3) К направленным изменениям генофонда приводит действие:

а) естественного отбора;

б)изоляции

в) миграции;

г) мутаций.
Ответ: а).


  1. ) Естественный отбор сохраняет, признаки:

а) вредные для вида;

б) полезные для человека;

в) нейтральные для вида;

г) полезные для вида.
Ответ: г).

Вариант 2

5)Дрейф генов — это:

а) увеличение численности особей;


  1. случайные изменения концентрации генов в популяции;

в) миграции особей из популяции в популяцию;

г) свободное скрещивание между особями в популяции.

Ответ: б).

Вариант 2

21) Генетическое равновесие в популяции — это:

а) постоянство численности всех особей популяции;

б) постоянство частот встречаемости различных аллелей;

в) равная численность самок и самцов;

г) баланс рождаемости и смертности в популяции.
Ответ: б).

2)Фенотипическая однородность популяции возможна:

а) если возникающие мутации рецессивны;

б) если возникающие мутации доминантны;

в) если возникающие мутации рецессивны и находятся в гетерозиготном состоянии;

г) если возникающие мутации рецессивны и находятся в гомозиготном состоянии.
Ответ : в).
3)Резкие колебания численности популяций:

а) не влияют на частоту аллелей в генофонде популяции

б) изменяют генофонд популяции;

в ) всегда приводят к потере доминантных аллелей;

г) как правило, связаны с утратой рецессивных аллелей.

Ответ: б).

4)К ненаправленным изменениям генофонда относят:

а) отбор;

б) борьбу за существование;

в) выработку приспособлений к условиям внешней среды;

г) миграции.

Ответ: г).

5)Устойчивость насекомых к инсектицидам — результат:

а) случайных изменений генофонда;

б) действия искусственного отбора;

в) действия направленного изменения генофонда;

г) изоляции.

Ответ: в)

2.Письменный ответ по карточке.

Задание.

Укажите номера предложений, в которых сделаны ошибки, и*правьте их.


  1. В разных популяциях одного вида частота мутантных гении одинакова (неодинакова).

  2. Направленное изменение частоты генов в популяциях ft «условлено действием дрейфа генов (естественного отбора).

  3. И близко расположенные, и отдаленные популяции одного вида не отличаются друг от друга (могут значительно отличаться друг от друга).

  4. Это объясняется тем, что в популяциях одного вида происходят только направленные изменения генофонда (не только поправленные, но и ненаправленные, случайные изменения частоты генов).

  5. При миграции животных и растений генофонд вновь образованной популяции гораздо больше (меньше) генофонда родительской популяции.

3.Письменный ответ у доски.

Задание.

Составьте схему «Причины, нарушающие генетическое равновесие в популяциях».


  1. Устные ответы у доски по вопросам в конце 56, № 2,4, и выполнение задания, отмеченного знаком .

II. Изучение нового материала.

1. Борьба за существование.

Ч. Дарвин впервые пришел к мысли о том, что движущая сила всего эволюционного процесса есть результат взаимодействии организмов между собой и с внешней средой.

Ч. Дарвин обратил внимание на то, что всем живым организмам присуща способность практически «безграничного»

размножения. В качестве иллюстрации он рассматривал пример с| размножением слона — одного из наиболее медленно размножающихся животных. Даже в этом случае от одной пары слонов! при обычном темпе размножения через 740-750 лет должно! появиться около 19 млн. животных.

В подавляющем большинстве случаев темп размножения организмов много выше. Например, потомство, которое потенциально способна произвести за лето одна дафния, достигает астрономической величины — более 10 млн особей, что превосходит массу Земли.

Вместе с тем неограниченного роста численности организмов в природе не наблюдается. В чем причина такого явления? Большая часть особей гибнет на разных этапах развития и не оставляет после себя потомков. Известно, что гибель тем интенсивнее, чем выше размножаемость особей данного вида.

Белуга выметывает во время нереста около миллиона икринок, и только незначительная часть из них проходит полный цикл развития и достигает зрелого возраста. То же относится и к растениям.

По Дарвину, несоответствие между возможностью беспредельного размножения видов и ограниченностью ресурсов — главная причина борьбы за существование. Гибель потомков происходит по разным причинам. Иногда она может носить случайный характер (лесной пожар, наводнение, вмешательство человека).

Однако, как правило, гибель избирательна. Не следует ду- мать, что организм с неблагоприятными признаками непременно должен остаться без потомства или погибнуть. Просто существует большая вероятность того, что именно этот организм оставит меньше потомков либо погибнет. Следовательно, с большой вероятностью выживают и эффективнее размножаются организмы, обладающие набором свойств, который сообщает им наибольшую приспособленность к условиям обитания.
2.Формы борьбы за существование.

Дарвин различал три формы борьбы за существование: внутривидовую, межвидовую и борьбу с неблагоприятными условиями неорганической природы.

Ч. Дарвин указывал, что борьба за жизнь особенно упорная между организмами в пределах одного вида, и обосновывал свое утверждение тем, что они обладают сходными признаками и испытывают одинаковые потребности. Яркий пример внутривидовой борьбы — состязание между одновозрастными деревьями хвойного леса. Самые высокие деревья своими широко раскинутыми кронами перехватывают основную массу солнечных лучей, а их мощная корневая система поглощает из почвы растворенные питательные вещества в ущерб более слабым соседям. Внутривидовая борьба обостряется при повышении плотности Популяций. При обилии птенцов у некоторых видов птиц (многие виды чаек, буревестников) более сильные выталкивают из гнезда более слабых, обрекая их на гибель от хищников или голода.

Под межвидовой борьбой следует понимать конкуренцию особей разных видов. Особой остроты межвидовая борьба достигает в тех случаях, когда противоборствуют виды, обитающие в сходных экологических условиях и использующие одинаковые источники питания.

В результате межвидовой конкуренции происходит либо вытеснение одного из противоборствующих видов, либо приспособление видов к разным условиям в пределах одного ареала, либо их территориальное разобщение. Например, серая и черная

крысы- разные виды одного рода. В поселениях человека в Европе серая крыса совершенно вытеснила черную крысу, которая теперь встречается в лесных районах и пустынях. Серая крыса крупнее лучше плавает и, главное, агрессивнее, вследствие чего в схватках с черной одерживает верх. В лесу под защитой светолюбивых пород — сосны, березы, осины сначала хорошо развиваются всходы ели, которые вымерзают на открытых участках, но потом по мере смыкания крон молодых елей всходы светолюбивых пород гибнут.

Межвидовая борьба за существование включает одностороннее использование одного вида другим, так называемы отношения типа «хищник — жертва» (рыбы, поедающие планктон).

Примеры борьбы за существование не сводятся к борьбе прямом смысле. Так, формой борьбы за существование являю ся и благоприятствование одного вида другому без ущерба себя (птицы и млекопитающие распространяют плоды и сем на), взаимное благоприятствование разных видов друг другу (цветки и их опылители).

В лесу наблюдается и польза от совместного произрастания растений. Здесь по сравнению с открытыми местами создается свой тепловой, водный и воздушный режим: мене резкие колебания температуры, более высокая относительна влажность, — под пологом деревьев верхних ярусов произрастают теневыносливые кустарники, травы, мхи, напочвенные водоросли.

Третья форма борьбы за существование — борьба с неблагоприятными внешними условиями. Факторы неживой природы оказывают непосредственное влияние на эволюцию живого. Про растения в пустыне говорят, что они «борются с засухой», имея в виду развитие у них многочисленных приспособлений, способствующих добыванию воды и питательных веществ из почвы (особая корневая система) или снижению интенсивности транспирации (особое строение листьев).

Условия неорганического мира оказывают значительно влияние на эволюцию организмов не только сами по себе, влияние может усиливать или ослаблять изнутри и межвидовые отношения. При недостатке территории, тепла или света внутривидовая борьба обостряется и, наоборот, при избытке необходимых для жизни ресурсов ослабевает.

III. Закрепление.

Фронтальная письменная работа.

Задание.

Вспомните известные вам примеры борьбы за существование в природе и заполните таблицу.

Сравнительная характеристика форм борьбы за существование


Формы борьбы | сущест- вование

Определе

ние


Примеры

Причины

возникно

вения


Значение для эволюции

Домашнее задание: § 57. На основании ваших собственных наблюдений подготовьте примеры, дающие описание борьбы за существование между организмами:

а) одного вида;

б) разных видов.

kak.znate.ru

Изменение генофонда

Изменение среды обитания, происходящее в результате деятель­ности человека, оказывает на человеческие популяции воздействие, которое по большей части вредоносно, приводит к росту заболеваемости и сокращению продолжительности жизни. Однако в развитых странах средняя продолжительность жизни неуклонно ¾ примерно на 2,5 года за десятилетие ¾ приближается к своему биологическому пределу (95 лет), в рамках которого конкретная причина смерти не имеет принципиального значения. Воздейст­вия, казалось бы и не ведущие к преждевременной смерти, тем не менее нередко снижают качество жизни, но более глубокая про­блема заключается в незаметном постепенном изменении гено­фонда, которое приобретает глобальные масштабы.

Генофонд обычно определяют как совокупность генов, имею­щихся у особей данной популяции, группы популяций или вида в пределах которых они характеризуются определенной частотой встречаемости.

О воздействии на генофонд чаще всего говорят в связи с радиационным загрязнением, хотя это далеко не единственный фак­тор, влияющий на генофонд. По мнению В.А. Красилова, сущест­вует большой разрыв между обиходными и научными представ­лениями о влиянии радиации на генофонд. Например, нередко говорят об утрате генофонда, хотя совершенно ясно, что гено­фонд человеческого вида может быть утрачен лишь при условии практически поголовного уничтожения людей. Утрата генов или их вариантов в обозримых масштабах времени вероятна лишь в отношении очень редких вариантов. Во всяком случае не менее возможно появление новых вариантов гена, изменение генных частот и соответственно частот гетерозиготных и гомозиготных генотипов. Все эти события укладываются в представление об изменении генофонда (рис. 8).

В.А. Красилов отмечает, что далеко не все оценивают изменение генофонда как негативное явление. Сторонники евгенических программ считают возможным избавиться от нежелательных генов путем физического уничтожения или исключения их носителей из процесса воспроизводства. Однако действие гена зависит от его окружения, взаимодействия с другими генами. На уровне личности дефекты нередко компенсируются развитием особых способностей (Гомер был слепым, Эзоп ¾ уродливым, Байрон и Пастернак ¾ хромыми). А доступные сегодня методы генной терапии открывают возможность исправления врожденных дефектов без вмешательства в генофонд.

Стремление большинства людей сохранить генофонд таким, каким его создала природа, имеет под собой вполне естественные основания. Исторически генофонд сложился в результате длительной эволюции и обеспечил приспособление человеческих популяций к широкому спектру природных условий. Генетическое разнообразие людей на популяционном и индивидуальном уровнях иногда носит очевидный адаптивный характер (например, темный цвет кожи в низких широтах, связанный с устойчивостью к ультрафиолетовому излучению), в других же случаях нейтрально по отношению к факторам среды. Независимо от этого генетическое разнообразие предопределило многообразие и динамич­ность развития человеческой культуры. Высшее достижение этой культуры ¾ гуманистический принцип равноценности всех людей ¾ в переводе на биологический язык означает сохранение генофон­да, не подлежащего искусственному отбору.

Рис.8. Изменение генофонда (по В. А. Красилову)

Вместе с тем продолжается действие и естественных факторов изменения генофонда ¾ мутации, дрейф генов и естественный от­бор. Загрязнение среды влияет на каждый из них. Хотя эти факторы действуют совместно, в аналитических целях имеет смысл рас­смотреть их по отдельности.

Факторы мутагенеза. К ним из физических воздействий кроме ионизирующего излучения, возможно, относятся электромагнит­ные поля. Установлено, например, повышение заболеваемости лейкемией у лиц, проживающих длительное время вблизи высоко­вольтных линий электропередачи. Из сотен тысяч разнообразных химических соединений, поступающих в среду в виде бытовых и производственных загрязнений, около 20% генотоксичны.

Мутационные изменения снижают жизнеспособность организма в 1¾2-кратном соотношении со скоростью гаметного мутагенеза. Наряду с прямым канцерогенным эффектом ¾ мутациями, нару­шающими взаимодействие клеточных клонов в процессе их роста и трансформации, происходит нарушение контрольных функций гормональной и иммунной систем, на фоне которого возрастает риск злокачественных новообразований как хемотоксичной, так и вирусной этиологии. Мутагенез, сопровождающий встраивание вирусной частицы в клеточный геном, также может возрастать вследствие иммунной недостаточности организма, появления но­вых штаммов вирусов или того и другого.

Дрейф генов. В прошлом дрейф генов был связан с резкими колебаниями численности локальных популяций, истребляемых вой­нами и эпидемиями. Выжившие основатели новой популяции пере­давали ей черты своей генетической индивидуальности. Утрачен­ная часть генетического разнообразия восстанавливалась за счет повторных мутаций и потока генов, но определенные отличия могли сохраняться длительное время. Сегодня рост численности и более подвижный образ жизни предохраняют генофонд от дрейфа генов, разве что за исключением малочисленных популяций на океанических островах, в горных районах или тропических лесах.

Естественный отбор. Внимание общественности и экспертов в первую очередь привлекают генотоксичные факторы прямого действия и связанные с ними заболевания, тогда как естественный отбор ¾ в долгосрочном плане гораздо более мощный фактор из­менения генофонда ¾ остается в тени. Между тем любое воздейст­вие на среду хотя бы в небольшой степени изменяет направленность отбора, создавая давление на популяцию и сдвигая частоты соответствующих генотипов. Ген может долго удерживаться в по­пуляции, несмотря на негативный отбор (который недостаточно эффективен при низких частотах), но угроза обеднения генофонда со временем становится все более реальной.

Охрана среды обитания и системы здравоохранения ¾ факторы, но существу, противостоящие естественному отбору в человече­ских популяциях. Тем не менее отбор действует в особенности на пренатальном уровне (например, в виде ранних самопроизволь­ных абортов, которые могут остаться незамеченными). Любое заболевание снижает шансы на успешную карьеру, создание семьи и полноценный генетический вклад в следующее поколение. По­скольку люди неравноценны в отношении устойчивости к воздей­ствиям специфического и общего характера, то отбор работает в пользу более устойчивых, невзирая на их личностные качества, и тем более активно, чем больше загрязнение среды. Эти процессы не только сокращают разнообразие людей (3 тыс. лет назад свет­локудрые ахейцы сражались с темноволосыми малоазийскими племенами; теперь настоящие блондины редки даже среди скан­динавов, не говоря уже о греках), но и вымывают из популяции редкие гены, способствующие развитию социально ценных свойств, если они не сцеплены с генетическими факторами устой­чивости к загрязнениям.

studfiles.net

Изменение генофонда популяций

Вспомним что, популяция — это группа одновидовых организмов, занимающих определённый участок территории внутри ареала вида, свободно скрещивающихся между собой и частично или полностью изолированных от других популяций.

Каждая популяция характеризуется своим специфическим набором генов (генофондом) с присущим только данной популяции соотношением частот встречаемости разных аллелей.

Что значит частота аллеля? Рассмотрим очень маленькую популяции. Пусть в ней будет только два человека. С карими глазами и его генотип по этому признаку будет Вb (бэ-большое, бэ-малое). Где В (Бэ-большое) отвечает за карий цвет глаз, а b (бэ-малое) за голубой. Второй человек с голубыми глазами с генотипом bb (бэ-малое, бэ-малое), то есть (рецессивная гомозигота). Вот аллель голубых глаз, какова его частота? В этой популяции есть ровно четыре аллеля ― это 100 %. Частота аллеля b (бэ-малое) составляет 75%, а частота аллеля карих глаз 25%. Частота аллеля относится к частоте генотипов, хромосоме каждой из особей в популяции. Частота аллеля не является частотой фенотипов.

Итак, частотой аллеля называют отношение количества изучаемых аллелей у всех особей к общему количеству аллелей в популяции.

Генетическое равновесие в популяциях

Генетическое равновесие популяции или постоянство частот встречаемости различных аллелей — это сбалансированное состояние генофонда популяций, которое стабильно и практически не меняется. То есть когда частота аллей различных генов в популяции постоянна.

Генетическое равновесие в популяции наблюдается при относительном постоянстве условий среды и высокой численности популяции.

Однако генетическое равновесие часто нарушается из-за различных факторов.

В каждой достаточно долго существующей совокупности особей могут спонтанно возникать различные мутации, которые в дальнейшем комбинируются (перемешиваются) с разными, уже имеющимися наследственными свойствами.

Каждый аллель из тех, что мы наблюдаем в популяциях, когда-то возник в результате мутации.

Под действием мутаций, которые закрепляются в генофондах популяций, происходит нарушение генетического равновесия, изменяются виды, что ведёт к эволюции организмов.

В поколении закрепляются только те мутации, которые способствуют выживанию вида. Тогда как организм с неблагоприятными мутациями погибает и не даёт потомство. Следовательно, такая мутация в популяции закрепляться не будет.

Рассмотрим причины нарушения генетического равновесия

В популяциях имеются большие запасы таких аллелей, которые не приносят ей какой-либо пользы в данном месте или в данное время; они сохраняются в популяции в гетерозиготном состоянии, пока в результате изменения условий среды вдруг не окажутся полезными.

Как только условия среды изменяются, частота новых аллелей под действием отбора начинает возрастать, и в конечном счёте они становятся основным генетическим материалом.

Примером подобной адаптации служит эволюция видов насекомых, устойчивых к инсектицидам. При введении в практику нового инсектицида (яда, действующего на насекомых) для успешной борьбы с насекомым-вредителем бывает достаточно небольшого его количества. С течением времени концентрацию инсектицида приходится повышать, пока, наконец, он не оказывается недейственным.

Гены, способные обеспечить устойчивость к инсектицидам, очевидно, имелись в каждой из популяций этих видов; их действие и обеспечило в конечном итоге снижение эффективности ядов, использованных для борьбы с вредителями.

Особи, которые не имеют каких-то необходимых свойств для выживания «полезные» гены, не выдерживают конкуренции и погибают.

Так по прошествии какого-то времени, в результате естественного отбора происходит исчезновение одних признаков и эволюция других, а вместе с этим изменение генофонда популяции. То есть действие естественного отбора приводит к направленным изменениям генофонда популяции — повышению частот «полезных» генов.

Однако изменение генофонда может быть и ненаправленным, то есть случайным.

Какие факторы влияют на такое изменение? Давайте разберёмся.

Ненаправленные, случайные изменения генофонда могут происходить, например, из-за миграции организмов.

Миграция ─ это перемещение части популяции в новое место обитания.

Например, если небольшая часть животных или растений поселяется на новом месте, то генофонд вновь образованной популяции будет естественно меньше генофонда родительской популяции.

И если редкие гены, которые ранее не проявлялись в родительской популяции, находятся в генотипах мигрировавшей популяции, то теперь они могут быстро распространяться (вследствие полового размножения) среди особей новой популяции.

И наоборот ранее широко распространённые гены, которые были у многих особей родительской популяции, но отсутствуют у особей мигрировавшей популяции, не проявляются.

Ненаправленные, случайные изменения генофонда могут происходить и в случаях, когда популяция разделяется на две неравные части естественными или искусственными барьерами.

Например, построенная бобрами плотина может разделить обитавшую в реке популяцию рыб на две части. Генофонд малой популяции, который берет начало от малого количества особей, может, опять же в силу случайных причин, отличаться от генофонда исходной по составу. Он будет нести в себе только те генотипы, которые случайно подобрались среди малого числа основателей новой популяции. Редкие аллели могут оказаться обычными в новой популяции, возникшей в результате её обособления от исходной популяции.

Ненаправленные, случайные изменения генофонда могут происходить также из-за различных природных катастроф.

Например, после пожара в лесу остаются выжившими лишь немногие организмы.

В таких популяциях состав генофонда будет сформирован из случайно подобранных генотипов.

Вслед за спадом численности начинается массовое размножение, начало которому даёт немногочисленная группа. Генетический состав этой группы определит генетическую структуру всей популяции в период её расцвета.

При этом некоторые мутации могут совсем исчезнуть, а концентрация других — резко повысится.

Набор генов, оставшихся у живых особей, может несколько отличаться от того, который существовал в популяции до катастрофы.

Резкие колебания численности популяций, чем бы они ни были вызваны, изменяют частоту аллелей в генофонде популяций.

Чем меньше численность популяции, тем выше вероятность потери редких генов, тем большее влияние оказывают на состав генофонда случайные факторы.

Периодические колебания численности свойственны почти всем организмам.

Эти колебания изменяют частоту генов в популяциях, возникающих на смену друг другу.

Примером являются некоторые насекомые; только малое их количество выживает после зимы. Эта малая доля даёт начало новой летней популяции, её генофонд часто отличается от генофонда популяции, существовавшей год назад.

Таким образом, действие случайных факторов обедняет и изменяет генофонд малой популяции по сравнению с его исходным состоянием. Явление изменения состава генофонда, под действием случайных факторов называется дрейфом генов. В результате дрейфа генов может сложиться жизнеспособная популяция со своеобразным генофондом, во многом случайным, поскольку отбор в данном случае не играл ведущей роли.

По мере увеличения численности особей вновь восстановится действие естественного отбора, который будет распространяться уже на новый генофонд, приводя к его направленным изменениям.

Совокупность всех этих процессов может привести к обособлению нового вида.

Итак, мы рассмотрели с вами факторы, которые влияют на случайное изменение генофонда ― ненаправленное.

И сказали, что направленное изменение генофонда происходит благодаря естественному отбору.

Естественный отбор — это основной эволюционный процесс, в результате действия которого в популяции увеличивается число особей, обладающих максимальной приспособленностью (наиболее благоприятными признаками), в то время, как количество особей с неблагоприятными признаками уменьшается.

Естественный отбор приводит к последовательному возрастанию частот одних генов (полезных в данных условиях) и к снижению других.

Вследствие естественного отбора в генофонде популяций закрепляются полезные гены, т. е. благоприятствующие выживанию особей в данных условиях среды.

Их доля возрастает, и общий состав генофонда меняется.

Изменения генофонда под действием естественного отбора должны приводить и к изменениям фенотипов, то есть особенностей внешнего строения организмов, их поведения и образа жизни, а в конечном итоге — к лучшей приспособленности популяции к данным условиям внешней среды.

www.videouroki.by