Підручник з Біології і екології (рівень стандарту). 10 клас. Андерсон - Нова програма

§ 40. Популяційна генетика

Що таке біологічний вид і популяція?

Які вирізняють критерії виду?

У попередніх параграфах ми з’ясували закономірності формування ознак у результаті взаємодії генотипу та умов середовища існування, а також закономірності передавання генетичної інформації з покоління до покоління на рівні окремих організмів. Ви пам’ятаєте, що біологічний вид - це сукупність генетично споріднених організмів, які схрещуються та дають плодюче потомство. Одиницею структури виду є популяція - сукупність особин виду, яка займає частину його ареалу та ізольована від інших подібних сукупностей цього виду. Кожен організм у популяції має притаманний виду набір генів, але вони можуть бути представлені різними алелями. Це створює генетичну різноманітність популяції (рис. 190), яка має важливе значення для стійкості виду та еволюційних процесів, що з ним відбуваються.

Сукупність алелів усіх генів, наявних у популяції (чи всіх особин виду) становить генофонд популяції (або виду).

Деякі гени можуть бути представлені лише одним алельним варіантом - зазвичай це гени, що зумовлюють дуже важливі для функціонування організму ознаки, тому мутації в них є летальними. Наприклад, до таких належать гени білків дихального ланцюга мітохондрій або hox-гени, що визначають план будови тіла тварин. Менш важливі для існування гени можуть бути представлені кількома алелями, формуючи генетичну мінливість. У процесі статевого розмноження організми обмінюються алелями різних генів, формуючи нові їх комбінації в потомства. Таке постійне «перемішування» генів усередині популяції має низку закономірностей, які досліджує популяційна генетика.

Рис. 190. Генотип конкретної особини є підмножиною генофонду виду

Різні комбінації алелів формують різні фенотипи.

Знайдіть, якими апелями відрізняються особини, обведені на схемі колами.

Поширеним питанням є доля носіїв рецесивних алелів. Як ви пам’ятаєте, за схрещування домінантних і рецесивних гомозигот усе покоління буде гетерозиготним, а отже виявлятиме лише домінантну ознаку. За умов подальшого схрещування гетерозигот лише 25% покоління буде мати рецесивну ознаку. Повністю рецесивне покоління може бути лише тоді, коли обидва батьківські організми є рецесивними гомозиготами. Здавалося б - із часом доля носіїв рецесивних ознак повинна зменшуватися. Проте це не відповідає дійсності. Носії рецесивних ознак можуть з’являтися за схрещування гетерозигот між собою (25%), гетерозигот з рецесивними гомозиготами (50%) та рецесивних гомозигот між собою (100%). Це врівноважує «маскування» рецесивної ознаки в поколіннях від схрещування з домінантними гетерозиготами. Унаслідок цього в популяціях кількість носіїв різних алелів та особин, які виявляють різні варіанти ознак, за умови дотримання певних умов є сталою. Ця закономірність відома як закон Харді-Вайнберга. Таке явище називають генетичною рівновагою. Для його дотримання необхідно, щоб

• популяція мала достатньо велику чисельність;

• усередині не відбувалося вибіркового схрещування (кожна пара особин різної статі має однакову ймовірність залишити потомство);

• на неї не діяли фактори добору за певними ознаками/генами.

Зрозуміло, що аж ніяк не всі популяції задовольняють таким критеріям.

У разі наявності тиску добору відбувається усунення носіїв небажаних алелів (рис. 191).

Різке скорочення чисельності популяції може випадковим чином змінити співвідношення між носіями різних алелів (дрейф генів) тощо. Такі зміни рівноваги є важливими факторами еволюційного процесу.

Рис. 191. Зміна частот алелів унаслідок добору призводить до змін частот відповідних фенотипів

Закон Харді-Вайнберга в математиці

Позначимо літерами р та q частки домінантного (А) та рецесивного (а) алелів у генофонді певної популяції. Якщо в цього гена лише два алелі (найпростіший випадок), то сума р + q = 1 (100%). Кількості носів різних генотипів у цьому разі можна порахувати за формулами: р2(АА), 2pq (Аа) та q2 (аа). За умов генетичної рівноваги ці числа будуть постійними.

Пригадайте з курсу математики, чому дорівнює (р + q)2. Поясніть, чому частота зустрічальності носія певного генотипу визначається добутком двох частот алелів.

1. Дайте означення поняття генофонд.

2. Що вивчає популяційна генетика?

3. Чому в популяціях не зникають носії рецесивних ознак?

4. Як існування добору впливає на генетичну рівновагу?