Популяції. Дрейф генів.
Вертьянов С. Ю.
Групи
особин одного виду, що населяють території, розділені природними перешкодами
(річками, горами, пустелями), є відносно самостійними, оскільки
схрещування між ними ускладнене. Такі групи називають популяціями (термін
ввів в 1903 р. данський вчений В. Йогансен, для того щоб відрізняти генетично
різнорідну групу особин від однорідної чистої лінії). Вид, таким чином,
складається з популяцій, кожна з яких займає частину ареалу виду. За багато
покоління в генофонду популяцій накопичуються ті аллели вихідних популяцій,
які забезпечують найбільшу пристосованість до місць проживання. Внаслідок
відмінностей у вихідному генному складі і проживання в різних природних умовах
генофонду ізольованих популяцій відрізняються частотою зустрічальності алелей,
тому один і той самий ознака у різних популяціях може проявлятися по-різному.
Так, північні популяції ссавців мають більш густе хутро, а південні - більше
темний.
Згідно
Писанням, організми, як і сама планета, створені Творцем. Проте їх природа
мінлива. Щоб зрозуміти, які основні групи створені, а які могли
з'явитися згодом, необхідно досліджувати ступінь мінливості організмів.
Чи підтверджують спостережувані зміни гіпотезу еволюції (лат. evolutio
розгортання) - історичного саморозвитку матерії? Учені розрізняють мікро-і
Макроеволюція. Під мікроеволюції розуміються зміни в популяціях в ряду послідовних
поколінь аж до появи нових видів, що відбуваються за відносно
короткий проміжок часу (іноді їх спостерігають в природі). Під Макроеволюція
мають на увазі гіпотезу тривалого історичного саморозвитку, що приводить до
появи надвідових таксонів (родів, родин, загонів).
Розглянемо
два основних типи ізоляції і обумовлені ними зміни.
Географічна ізоляція
Організми
просторово ізольованих популяцій можуть розвиватися різними шляхами.
Особи різних популяцій можуть втратити можливість схрещуватися через
виниклих розбіжностей в термінах шлюбних періодів, в інстинктах споруди гнізд і
нір, в поведінці в період парування. У особин може змінитися шлюбна забарвлення
(риби, птиці), шлюбні пісні (птахи, земноводні, комахи) або шлюбні танці
(птахи, риби, членистоногі). Рослини різних популяцій можуть мати різні
періоди цвітіння, різні взаємини з запилюють комахами. Процес
розходження ознак у популяціях носить назву дивергенції. Причиною дивергенції
при географічної ізоляції є як пристосування істот до різних
умов середовища, так і відмінність у вихідних генофонду (в нові популяції різні
аллели генів потрапляють в різних співвідношеннях).
Популяції
модрини сибірської заселили величезну територію від Уралу до Байкалу. У зонах
з найбільш суворими кліматичними умовами мешкає вид модрини Даурської.
На Далекому Півночі виростає вид маку з швидким розвитком коротких квітконосів
і раннім цвітінням, не характерними для помірних широт. Учені припускають,
що ці види розвинулися від одного джерела, хоча, звичайно ж, цього ніхто не
спостерігав, а перевірити реальність подібних мікроеволюційних змін до
більшості випадків не представляється можливим.
Рослина
простріл широко поширене в Європі. У західній форми прострілу листя
тонкі, квітки пониклі. Східна форма, що мешкає в посушливих умовах,
має більш широке листя і стоячі квіти, по яких вода стікає до кореня.
Між західним і східним прострілом існує безперервний ряд проміжних
форм, що мають виражений пристосувальний характер.
Вид
синиця велика представлений трьома підвидами, що мешкають у трьох групах ареалів:
євроазіатської, південноазіатської і східноазіатськиій. Південноазійський синиці в південній
і східній зонах контакту схрещуються з двома іншими підвидами.
Східноазійські і євроазійські, оббита спільно в долині Амура, не
схрещуються. Учені припускають, що підвиди синиць сформувалися в
четвертинний період з настанням заледеніння.
З
заледенінням пов'язано, на думку вчених, і виникнення споріднених видів
конвалії. Єдиний ареал виду, можливо, був розірваний льодовиком на кілька
ізольованих частин. Конвалія, що пережив зледеніння, знову широко
поширився по всій лісовій зоні, утворивши в Європі новий більший вид
з широким віночком, а на Далекому Сході - вид з червоними черешками і
інтенсивним восковий наліт на листках.
В
середній смузі зростає близько 20 видів жовтцю. Вони займають різні місця
існування - луки, ліси, береги річок та озер і т.д. Учені припускають, що
внаслідок ізоляції лютики відокремилися спочатку в підвиди, а потім - у види.
На
Галапагоських островах живуть птахи-в'юрків. Кожен вид має свої особливості.
Наприклад, великий земляний в'юрок живиться насінням рослин і має товстий
масивний дзьоб, а Дятловим в'юрок довгим прямим дзьобом дістає з-під кори
комах.
Формування
нових видів, пов'язане з географічною ізоляцією (роз'єднаністю),
еволюціоністи називають аллопатріческім (грец. allos інший і patris батьківщина)
видоутворення.
Екологічна ізоляція
Інша
причина, що приводить до дивергенції видів, - розходження екологічних ніш.
Відмінності, наприклад, у харчуванні ведуть до відмінностей у способі життя і роз'єднаності
особин.
Вид
окунь звичайний у великих озерах утворює дві популяції. Одні окуні живуть в
прибережній зоні, харчуються дрібними тваринами і ростуть повільно, інші - живуть
на більшій глибині, харчуються рибою та ікрою, ростуть швидко. Популяції форелі
нерестяться в гирлах різних річок, тому спаровування між ними утруднене і
розвиток відбувається ізольовано (таку ізоляцію можна також назвати і
географічної). Деякі лососеві риби метають ікру раз на два роки. В один і
той же нерестовище поперемінно приходять на нерест різні популяції: одна - в
парні роки, інша - у непарні.
Види
кажанів розрізняються способом харчування: одні - хижі, а інші плодоядние.
Деякі види піраньї з потужними щелепами і гострими зубами харчуються
виключно рослинами. Панда схожа на бурого ведмедя, але харчується в
основному бамбуком, лише зрідка поїдаючи тварин. Серед видів крокодила одні
полюють на тварин, інші харчуються тільки рибою, а деякі викопні види
були рослиноїдних.
П'ять
видів синиць сформувалися, як припускають вчені, внаслідок різної
харчової спеціалізації. Синиця чубата живиться насінням хвойних дерев,
лазоревка видобуває дрібних комах з ущелин деревної кори, синиця велика
ловить великих комах у міських садах і парках, а гаічка і московка - в
лісах.
Близькі
види звичайних європейських метеликів-білянок - капустница, репніца і
брюквенніца - харчуються на личинкової стадії різною їжею. Гусениці
капустницы і репніци поїдають тільки культурні види хрестоцвітих, а
брюквенніци - дикі. Вид чорний дрізд в даний час існує в двох формах.
Одні дрозди селяться поблизу житла людини, а інші - в глухих лісах. Ці два
підвиду зовні невиразні.
За
думку вчених, деякі види рослин в заплавах великих річок утворили види,
дають насіння до або після розливу. Види, що вважаються вихідними, ростуть на
незаліваемих місцях і запилюються, як правило, під час розливу.
Освіта
нових видів в колишньому ареалі еволюціоністи називають сімпатріческім (грец. sym
разом і patris батьківщина) видоутворення. Припускають, що сімпатріческое
видоутворення може бути викликане не лише зовнішніми умовами, а й
зміною каріотипу. В результаті в одному ареалі виникають генетично
ізольовані популяції. У роді хризантем всі види мають число хромосом,
кратне 9: 18, 27 ... 90, в роді картоплі - кратне 12: 24, 48, 72.
Припущення про сімпатріческом видоутворенні засноване на морфологічної
близькості можливих початкових видів і дочірніх форм.
Справедливо
зробити висновок, що варіації ознак, а також щодо правдоподібні гіпотези
видоутворення обмежені межами груп дуже подібних істот.
Прийнято
вважати, що головне біологічне значення змін в популяціях полягає в
забезпечення життєздатності організмів при найбільш повному використанні
простору і харчових ресурсів. На думку православних вчених. здатність до
змін закладена Творцем і дозволяє організмам розселятися по всій планеті,
заповнювати різні екологічні ніші відповідно до Його планом,
спрямованим не лише на забезпечення життєздатності організмів.
Неповторна краса кожного куточка нашої планети, її флори і фауни, - теж
Його результат турботи про світ. З цих причин ряд вчених вказують, що
використання терміну "еволюція" в значенні саморозвитку
стосовно змін в популяціях не цілком правомірно.
Закон Харді-Вайнберга
Розглянемо
нескінченно велику ізольовану популяцію, схрещування в якій відбуваються
випадково (панміксія), нові мутації не виникають, а особи з різними генотипами
мають однакову пристосованість.
Якщо
в такій ідеальної популяції частота зустрічальності алелі А буде р, то частота
алелі а буде q = 1 - р. Припустимо, що всі особи одночасно сформували
гамети. Зустрічальності різних гамет також будуть p і q. Після схрещування
зустрічальність домінантних гомозигот буде р2 = рр (обидві гамети повинні нести
аллель А), рецесивних гомозигот - q2, а гетерозигот - 2рq = рq + qр (від
"папи" - А, від "мами" - а і навпаки). Таким чином,
справедливий закон Харді-Вайнберга: в ідеальній популяції дотримується незмінне
співвідношення між домінантними і рецесивними алелями (відповідно між
гомо-і гетерозиготний). В аналітичному вигляді:
(РА
+ Qа) х (РА + qа) = (РА + qа) 2 = р2АА + 2рqАа + q2аа = 1
Генетична
структура популяції стане незмінною вже після першого панміксного
схрещування, адже після того як гени виявилися в гаметах, абсолютно неважливо,
якою була частка гомозигот серед батьків. Якщо, приміром, у вихідній
популяції всі особи були гомозигота, половина - домінантними, інша --
рецесивними, то в F1: 1/4АА + 1/2а + 1/4аа. Така ж структура F1 буде і в
випадку, якщо всі батьки гетерозиготності.
Закон
був відкритий в 1908 р. англійським математиком Дж. Харді і незалежно від нього
німецьким лікарем Г. Вайнбергом. Користуючись законом Харді-Вайнберга, можна дізнатися,
який відсоток особин має рецесивний ген по якому-небудь спадкового
захворюванню. Нехай зустрічальність захворювання 1%, тобто q2 = 0,01, тоді q =
0,1, а р = 0,9. Зустрічальність рецесивних носіїв - 2рq = 0,18, тобто 18%
особин.
В
природних популяціях діють так звані фактори еволюції: природний
відбір алелей, мутації, ізоляція, дрейф генів. Дія цих факторів порушує
рівновагу, що відповідає закону Харді-Вайнберга.
Дрейф генів
Якщо
порівняти генофонд популяції з глечиком, повним різнокольорових горошин, то
скорочення чисельності буде відповідати випадковою вибіркою жмені горошин
(аналогічним чином далеко не всі гамети батьків реалізуються в потомство). У
нової популяції буде інша колірна пропорція горошин-генів, деяких квітів
взагалі може не виявитися. Співвідношення між зустрічальність гомо-та
гетерозиготних особин зміниться, відбудеться дрейф генів - випадкове
ненаправленої зміна частот алелей в ряду поколінь. Найбільш виразно
дрейф проявляється при різкому скороченні чисельності популяції в результаті пожежі,
посухи, морозів, а також при заселенні частиною особин нових територій з
утворенням нової популяції.
В
природі спостерігаються чергуються підйоми і спади чисельності особин --
популяційні хвилі (тип дрейфу). Розмноження хижаків знаходиться в тісному взаємозв'язку
з коливаннями кількості білок, зайців, мишей. У комах і однорічних
рослин спостерігаються сезонні популяційні хвилі.
При
вивченні ДНК мітохондрій з'ясувалося, що у європейців широкий спектр алелів
одного з генів, у населення північної ріки Пінегі - всього кілька алелей, а
у нечисленних і довгий час ізольованих лопарей і саамів - єдиний
аллель. Дрейф по мтхДНК особливо сильний, оскільки мітохондрії передаються лише
по материнській лінії (з цитоплазмою). У маленькій популяції нечисленні
носії алелі можуть не передати його потомству, і тоді цей аллель з
генофонду популяції випаде. Внаслідок дрейфу скорочується спадкова
мінливість, збільшується однорідність популяції.
Список літератури
Для
підготовки даної роботи були використані матеріали з сайту http://www.portal-slovo.ru
