Genetické zloženie populácií. Genetické zloženie populácií Aká je schopnosť

Medzi faktory genetickej dynamiky populácie, ktoré narúšajú jej rovnovážny stav, patria: proces mutácie, selekcia, genetický drift, migrácia, izolácia.

Mutácie a prirodzený výber

V každej generácii sa genofond populácie dopĺňa o novovznikajúce mutácie. Medzi nimi môžu byť úplne nové zmeny, ako aj mutácie, ktoré už v populácii existujú. Tento proces sa nazýva mutačný tlak. Veľkosť mutačného tlaku závisí od stupňa mutability jednotlivých génov, od pomeru priamych a reverzných mutácií, od účinnosti reparačného systému, od prítomnosti mutagénnych faktorov v prostredí. Okrem toho je veľkosť mutačného tlaku ovplyvnená rozsahom, v akom mutácia ovplyvňuje životaschopnosť a plodnosť jedinca.

Výskum ukazuje, že prirodzené populácie sú nasýtené mutantnými génmi, ktoré sú prevažne v heterozygotnom stave. Mutačný proces vytvára primárnu genetickú variabilitu populácie, s ktorou sa potom treba vysporiadať prirodzený výber. V prípade zmeny vonkajších podmienok a zmene smeru selekcie rezerva mutácií umožňuje rýchle prispôsobenie populácie novej situácii.

Účinnosť selekcie závisí od toho, či je mutantný znak dominantný alebo recesívny. Vyčistenie populácie od jedincov so škodlivou dominantnou mutáciou možno dosiahnuť v jednej generácii, ak jej nosič nezanechá potomstvo. Škodlivé recesívne mutácie zároveň unikajú pôsobeniu selekcie, ak sú v heterozygotnom stave a najmä v prípadoch, keď selekcia pôsobí v prospech heterozygotov. Posledne menované majú často selektívnu výhodu oproti homozygotným genotypom vďaka širšej reakčnej norme, čo zvyšuje adaptačný potenciál ich majiteľov. Pri zachovaní a reprodukcii heterozygotov sa súčasne zvyšuje pravdepodobnosť oddelenia recesívnych homozygotov. Selekcia v prospech heterozygotov je tzv vyrovnávanie.

Pozoruhodným príkladom tejto formy selekcie je situácia s dedičnosťou kosáčikovitej anémie. Táto choroba je rozšírená v niektorých častiach Afriky. Spôsobuje ho mutácia génu kódujúceho syntézu b-reťazca hemoglobínu, v ktorom je jedna aminokyselina (valín) nahradená inou (glutamín). Homozygoti pre túto mutáciu trpia ťažkou formou anémie, ktorá takmer vždy vedie k smrti v nízky vek. Červené krvinky takýchto ľudí majú tvar kosáka. Heterozygotnosť pre túto mutáciu nevedie k anémii. Červené krvinky u heterozygotov majú normálny tvar, ale obsahujú 60 % normálneho a 40 % zmeneného hemoglobínu. To naznačuje, že u heterozygotov fungujú obe alely - normálna aj mutantná. Keďže homozygoti pre mutantnú alelu sú úplne eliminovaní z reprodukcie, dalo by sa očakávať zníženie frekvencie škodlivého génu v populácii. Avšak v niektorých afrických kmeňoch je podiel heterozygotov pre tento gén 30-40%. Dôvodom tejto situácie je, že ľudia s heterozygotným genotypom sú v porovnaní s normou menej náchylní na ochorenie horúčkou dengue, ktorá v týchto oblastiach spôsobuje vysokú úmrtnosť. V tomto ohľade selekcia zachováva oba genotypy: normálny (dominantný homozygot) aj heterozygot. Reprodukcia z generácie na generáciu dvoch rôznych genotypových tried jedincov v populácii sa označuje ako vyvážený polymorfizmus. Má adaptívnu hodnotu.

Existujú aj iné formy prirodzený výber. Stabilizácia výberu zachováva normu ako variant genotypu, ktorý najlepšie vyhovuje prevládajúcim podmienkam, pričom eliminuje prípadné odchýlky od nej. Táto forma selekcie zvyčajne funguje, keď je populácia dlhší čas v relatívne stabilných podmienkach existencie. Naproti tomu riadiaca selekcia zachováva novú vlastnosť, ak sa výsledná mutácia ukáže ako prospešná a dáva jej nositeľom určitú výhodu. Výber rušivé(rušivý) pôsobí súčasne v dvoch smeroch, pričom zachováva extrémne varianty vývoja vlastnosti. Typický príklad tejto formy výberu uviedol Charles Darwin. Týka sa zachovania dvoch foriem hmyzu na ostrovoch: okrídleného a bezkrídleho, ktoré žijú na rôznych stranách ostrova – záveterný a bezvetrie.

Hlavným výsledkom aktivity prirodzeného výberu je zvýšenie počtu jedincov s vlastnosťami, v ktorých smere sa výber uskutočňuje. Zároveň sa vyberajú aj vlastnosti, ktoré sú s nimi spojené a vlastnosti, ktoré sú v korelatívnom vzťahu s prvými. Pre gény, ktoré kontrolujú vlastnosti neovplyvnené selekciou, môže byť populácia dlhodobo v rovnovážnom stave a distribúcia genotypov pre ne bude blízko Hardyho-Weinbergovho vzorca.

Prírodný výber pôsobí široko a súčasne ovplyvňuje mnohé aspekty života organizmu. Je zameraná na zachovanie pre organizmus prospešných vlastností, ktoré zvyšujú jeho adaptabilitu a zvýhodňujú ho oproti iným organizmom. Naproti tomu pôsobenie umelého výberu, ktoré prebieha v populáciách pestované rastliny a domáce zvieratá, je užší a najčastejšie postihuje vlastnosti, ktoré sú prospešné skôr pre ľudí ako pre ich nositeľov.

Genetický drift

Vplyv náhodných príčin má veľký vplyv na genotypovú štruktúru populácií. Patria sem: kolísanie veľkosti populácie, vekové a pohlavné zloženie populácií, kvalita a kvantita potravinových zdrojov, prítomnosť alebo absencia konkurencie, náhodný charakter vzorky, ktorý vedie k ďalšej generácii atď. Zmeny v génových frekvenciách v a populácie z náhodných dôvodov vymenoval americký genetik S. Wright genetický drift a N.P. Dubinin – geneticko-automatický proces. Zvlášť citeľný vplyv na genetickú štruktúru populácií majú prudké výkyvy veľkosti populácie - populačné vlny alebo vlny života. Zistilo sa, že v malých populáciách prebiehajú dynamické procesy oveľa intenzívnejšie a zároveň sa zvyšuje úloha náhody pri akumulácii jednotlivých genotypov. Keď sa veľkosť populácie zníži, niektoré mutantné gény v nej môžu byť náhodne zadržané, zatiaľ čo iné môžu byť náhodne eliminované. S následným nárastom populácie sa počet týchto prežívajúcich génov môže rýchlo zvýšiť. Miera driftu je nepriamo úmerná veľkosti populácie. V čase úbytku obyvateľstva je posun obzvlášť intenzívny. Pri veľmi prudkom znížení veľkosti populácie môže hroziť vyhynutie. Toto je takzvaná „úzka“ situácia. Ak sa populácii podarí prežiť, tak v dôsledku genetického driftu dôjde k zmene ich frekvencií, čo ovplyvní štruktúru novej generácie.

Geneticko-automatické procesy sa vyskytujú obzvlášť zreteľne v izolátoch, keď skupina jedincov vyčnieva z veľkej populácie a vytvára nové osídlenie. V genetike ľudských populácií existuje veľa takýchto príkladov. V štáte Pensylvánia (USA) teda žije niekoľkotisícová mennonitská sekta. Sobáše sú tu povolené len medzi členmi sekty. Izolát začali tri manželské páry, ktoré sa usadili v Amerike v r koniec XVIII V. Táto skupina ľudí sa vyznačuje nezvyčajne vysokou koncentráciou pleiotropného génu, ktorý v homozygotnom stave spôsobuje špeciálna forma nanizmus s polydaktýliou. Asi 13 % členov tejto sekty je heterozygotných pre túto vzácnu mutáciu. Je pravdepodobné, že tu došlo k „efektu predkov“: náhodou bol jeden zo zakladateľov sekty pre tento gén heterozygotný a úzko súvisiace manželstvá prispeli k šíreniu tejto anomálie. Žiadne takéto ochorenie nebolo nájdené u iných mennonitských skupín roztrúsených po celých Spojených štátoch.

Migrácie

Ďalším dôvodom zmien v génových frekvenciách v populácii je migrácia. Keď sa skupiny jedincov pohybujú a krížia s členmi inej populácie, gény sa prenášajú z jednej populácie do druhej. Účinok migrácie závisí od veľkosti skupiny migrantov a rozdielov vo frekvenciách génov medzi vymieňajúcimi sa populáciami. Ak sú počiatočné frekvencie génov v populáciách veľmi odlišné, potom môže dôjsť k výraznému frekvenčnému posunu. Ako migrácia postupuje, genetické rozdiely medzi populáciami sa vyrovnávajú. Konečným výsledkom migračného tlaku je vytvorenie populácií v celom systéme, medzi ktorými sa vymieňajú jedinci určitej priemernej koncentrácie pre každú mutáciu.

Príkladom úlohy migrácie je distribúcia génov, ktoré určujú systém krvných skupín človeka AB0. Pre Európu je typická prevaha skupiny A, pre Áziu - skupiny IN. Príčina rozdielov podľa genetikov spočíva vo veľkej migrácii populácie, ktorá sa vyskytla z východu na západ v období od 500 do 1500. ad.

Izolácia

Ak sa jedinci jednej populácie úplne alebo čiastočne nekrížia s jedincami iných populácií, takáto populácia zažíva proces izolácia. Ak sa separácia pozoruje počas niekoľkých generácií a selekcia pôsobí v rôznymi smermi v rôznych populáciách, potom nastáva proces diferenciácie populácií. Proces izolácie funguje na intrapopulačnej aj interpopulačnej úrovni.

Existujú dva hlavné typy izolácie: priestorové, alebo mechanická, izolácia a biologické izolácia. Prvý typ izolácie sa vyskytuje buď pod vplyvom prírodných geografických faktorov (stavba hôr; vznik riek, jazier a iných vodných plôch; sopečná erupcia atď.), alebo v dôsledku ľudskej činnosti (oranie pôdy, odvodňovanie močiarov). , výsadba lesov a pod.). Jedným z dôsledkov priestorovej izolácie je vznik nespojitého areálu druhu, ktorý je charakteristický najmä pre straku modrú, sobolia, žabu, ostricu a sekavku obyčajnú.

Biologická izolácia sa delí na morfofyziologické, environmentálne, etologické a genetické. Všetky tieto typy izolácie sú charakterizované vznikom reprodukčných bariér, ktoré obmedzujú alebo vylučujú voľné kríženie.

Morfofyziologická izolácia sa vyskytuje najmä na úrovni reprodukčných procesov. U zvierat sa často spája s rozdielmi v stavbe kopulačných orgánov, čo je typické najmä pre hmyz a niektoré hlodavce. U rastlín zohrávajú významnú úlohu také vlastnosti, ako je veľkosť peľového zrna, dĺžka peľovej trubice a zhoda časov dozrievania peľu a blizien.

O etologická izolácia u zvierat sú prekážkou rozdiely v správaní jedincov v reprodukčné obdobie, napríklad je pozorovaný samec, ako neúspešne dvorí samičke.

Environmentálna izolácia sa môže prejaviť v rôzne formy ah: v preferencii určitého reprodukčného územia, v rôzne dátumy dozrievanie zárodočných buniek, rýchlosť rozmnožovania a pod.Napríklad v morská ryba migrujú do riek, aby sa rozmnožili, v každej rieke sa tvorí špeciálna populácia. Zástupcovia týchto populácií sa môžu líšiť veľkosťou, farbou, časom nástupu puberty a ďalšími charakteristikami súvisiacimi s reprodukčným procesom.

Genetická izolácia zahŕňa rôzne mechanizmy. Najčastejšie sa vyskytuje v dôsledku porúch normálneho priebehu meiózy a tvorby neživotaschopných gamét. Príčinou porúch môže byť polyploidia, chromozomálne preskupenia a nekompatibilita jadrovej plazmy. Každý z týchto javov môže viesť k obmedzeniu panmixie a neplodnosti hybridov a následne k obmedzeniu procesu voľnej kombinácie génov.

Izoláciu zriedkavo vytvára niektorý mechanizmus. Typicky sa súčasne vyskytuje niekoľko rôznych foriem izolácie. Môžu pôsobiť tak v štádiu pred oplodnením, ako aj po ňom. V druhom prípade je zatepľovací systém menej ekonomický, pretože značné množstvo energetických zdrojov sa plytvá napríklad na produkciu sterilného potomstva.

Uvedené faktory genetickej dynamiky populácií môžu pôsobiť jednotlivo aj spoločne. V druhom prípade možno pozorovať buď kumulatívny účinok (napríklad proces mutácie + selekcia), alebo pôsobenie jedného faktora môže znížiť účinnosť iného (napríklad výskyt migrantov môže znížiť účinok genetického driftu) .

Štúdium dynamických procesov v populáciách umožnilo S.S. Chetverikov (1928) formuloval myšlienku genetická homeostáza. Pod genetickou homeostázou chápal rovnovážny stav populácie, jej schopnosť udržať si svoju genotypovú štruktúru v reakcii na faktory. vonkajšie prostredie. Hlavným mechanizmom na udržanie rovnovážneho stavu je voľné kríženie jedincov, v samotných podmienkach ktorého je podľa Chetverikova aparát na stabilizáciu číselných pomerov alel.

Nami uvažované genetické procesy prebiehajúce na populačnej úrovni vytvárajú základ pre evolúciu väčších systematických skupín: druhov, rodov, čeľadí, t.j. Pre makroevolúcie. Mechanizmy mikro- a makroevolúcie sú v mnohom podobné, len rozsah zmien, ktoré nastávajú, je odlišný.

1. Čo je prirodzený výber?

Odpoveď. Prirodzený výber je proces pôvodne definovaný Charlesom Darwinom ako proces vedúci k prežitiu a preferenčnej reprodukcii jedincov, ktorí sú viac prispôsobení daným podmienkam prostredia a majú užitočné dedičné vlastnosti. V súlade s Darwinovou teóriou a modernou syntetickou teóriou evolúcie je hlavný materiál pre prirodzený výber náhodný dedičné zmeny- rekombinácia genotypov, mutácie a ich kombinácie.

2. Čo je to genotyp?

Odpoveď. Termín „genotyp“ zaviedol do vedy Ioganson v roku 1909. Genotyp (genotyp, z gréckeho genos – rod a typos – odtlačok, forma, vzorka) je súhrn génov organizmu, v širšom zmysle – súhrn všetkých dedičných faktorov organizmu, jadrových aj nejadrových. Kombinácia jedinečných genómov (súborov) získaných od každého rodiča vytvára genotyp, ktorý je základom genetickej individuality. Pojmy genotyp a fenotyp sú v biológii veľmi dôležité. Ako je uvedené vyššie, súhrn všetkých génov organizmu tvorí jeho genotyp. Súhrn všetkých charakteristík organizmu (morfologické, anatomické, funkčné atď.) tvorí fenotyp. Počas života organizmu sa jeho fenotyp môže meniť, ale genotyp zostáva nezmenený. Vysvetľuje to skutočnosť, že fenotyp sa vytvára pod vplyvom genotypu a podmienok prostredia. Slovo genotyp má dva významy. V širšom zmysle je to súhrn všetkých génov daného organizmu. Ale vo vzťahu k experimentom typu, ktoré vykonal Mendel, slovo genotyp označuje kombináciu alel, ktoré riadia danú vlastnosť (napríklad organizmy môžu mať genotyp AA, Aa alebo aa).

Genotyp je teda: - celý súbor genetických (genomických) vlastností charakteristických pre daného jedinca a vlastností určitých párov alel, ktoré jedinec má v skúmanej oblasti genómu.

Otázky po § 55

1. Aký je genofond populácie?

Odpoveď. Každá populácia je charakterizovaná určitým genofondom, teda celkovým množstvom genetického materiálu, ktorý tvoria genotypy jednotlivých jedincov.

Nevyhnutnými predpokladmi evolučného procesu je výskyt elementárnych zmien v aparáte dedičnosti - mutácie, ich distribúcia a konsolidácia v genofondoch populácií organizmov. Riadené zmeny v genofondoch populácií pod vplyvom rôznych faktorov predstavujú elementárne evolučné zmeny.

Ako už bolo uvedené, prirodzené populácie v rôzne časti Rozsahy druhov sú zvyčajne viac-menej odlišné. V rámci každej populácie dochádza k voľnému kríženiu jedincov. Výsledkom je, že každá populácia je charakterizovaná vlastným genofondom s pomermi rôznych alel jedinečných pre túto populáciu.

2. Prečo väčšina z nich mutácie sa navonok neprejavujú?

Odpoveď. Prirodzené populácie sú nasýtené širokou škálou mutácií. Upozornil na to ruský vedec Sergej Sergejevič Chetverikov (1880 – 1959), ktorý zistil, že významná časť variability genofondu je skrytá, pretože veľká väčšina mutácií, ktoré vznikajú, je recesívna a nie je objaviť sa navonok. Recesívne mutácie sú akoby „absorbované druhmi v heterozygotnom stave“, pretože väčšina organizmov je pre mnohé gény heterozygotná. Takáto skrytá variabilita sa dá odhaliť pri pokusoch s krížením blízko príbuzných jedincov. Pri takomto krížení sa niektoré recesívne alely, ktoré boli v heterozygotnom a teda latentnom stave, stanú homozygotnými a budú sa môcť objaviť. Pri umelom výbere sa dá ľahko zistiť aj významná genetická variabilita v prirodzených populáciách. Pri umelom výbere sú tí jedinci vybraní z populácie, v ktorej sú najvýraznejšie vyjadrené akékoľvek ekonomicky hodnotné vlastnosti, a títo jedinci sa navzájom krížia. Umelý výber sa ukazuje ako účinný takmer vo všetkých prípadoch, kde sa k nemu pristupuje. V dôsledku toho existuje v populáciách genetická variabilita doslova pre každý znak daného organizmu.

3. Aká je schopnosť obyvateľstva prispôsobiť sa (prispôsobiť sa) novým podmienkam?

Odpoveď. Pretože každá populácia je zvyčajne dobre prispôsobená svojmu prostrediu, veľké zmeny zvyčajne znižujú túto zdatnosť, rovnako ako veľké náhodné zmeny v mechanizme hodiniek (odstránenie pružiny alebo pridanie kolieska) vedú k poruche. Populácie majú veľké zásoby alel, ktoré neposkytujú populácii v danej lokalite alebo regióne žiadny úžitok. daný čas; zostávajú v populácii v heterozygotnom stave, kým sa v dôsledku zmien podmienok prostredia zrazu neukážu ako užitočné. Akonáhle sa to stane, ich frekvencia sa pod vplyvom selekcie začne zvyšovať a nakoniec sa stanú hlavným genetickým materiálom. V tom spočíva schopnosť obyvateľstva prispôsobiť sa, to znamená prispôsobiť sa novým faktorom - klimatickým zmenám, objaveniu sa nového predátora alebo konkurenta a dokonca aj ľudskému znečisteniu.

Príkladom takejto adaptácie je evolúcia druhov hmyzu, ktoré sú odolné voči insekticídom. Vo všetkých prípadoch sa udalosti vyvíjajú rovnakým spôsobom: keď sa do praxe zavedie nový insekticíd (jed pôsobiaci na hmyz), stačí malé množstvo na úspešný boj s hmyzím škodcom. Postupom času sa musí koncentrácia insekticídu zvyšovať, až je nakoniec neúčinný. Prvá správa o rezistencii hmyzu na insekticídy sa objavila v roku 1947 a týkala sa odolnosti muchy domácej voči DDT. Rezistencia voči jednému alebo viacerým insekticídom bola následne zistená u najmenej 225 druhov hmyzu a iných článkonožcov. Gény schopné poskytnúť rezistenciu voči insekticídom boli zjavne prítomné v každej z populácií týchto druhov; ich pôsobenie v konečnom dôsledku zabezpečilo zníženie účinnosti jedov používaných na ničenie škodcov

4. Ako sa dajú identifikovať recesívne alely?

Odpoveď. Recesívna alela (recesívna alela, z lat. recessus – deviácia) je alela, ktorej fenotyp sa neprejavuje u heterozygotov, ale prejavuje sa homozygotným alebo hemizygotným genotypom pre túto alelu. Ak sú recesívne alely v homozygotnom stave, prejavia sa vo fenotype. Ak je potrebné zistiť, či sú prítomné v genotype organizmu s dominantným fenotypom, použije sa analytické kríženie. Na tento účel sa testovaný organizmus skríži s nosičom recesívneho fenotypu. Ak sú v potomstve recesívne jedince, tak testovaný organizmus je nositeľom recesívneho génu.

Ciele: formovať pojem populácie ako elementárnej jednotky evolúcie; ukazujú úlohu dedičnej variability ako jedného z faktorov evolúcie, dôvodu premenlivosti druhov.

Pohybujte sa lekciu

ja. Kontrola vedomostí.

1. Testovanie.

1) Prítomnosť podobných štruktúrnych znakov organizmov určuje

kritérium:

a) genetické;

b) morfologické;

c) fyziologické;

d) environmentálne.

2) Spoločnosť predkov dokazuje kritérium:

a) historické;

b) morfologické;

c) genetická d) geografická.

3) Karyotyp organizmov študuje kritérium:

a) genetické:

b) fyziologické;

c) morfologické; d) historické.

4) Vplyv biotických faktorov prostredia na organizmy považuje za kritérium:

a) geografické; b) environmentálne;

c) fyziologické;

d) historické.

5) Distribúcia druhov v prírode zohľadňuje kritérium:

a) environmentálne;

b) zemepisné; c) historické;

d) fyziologické.

6) Rozlišovanie medzi druhmi na základe súboru enzýmov sa vykonáva v súlade s:

a) s morfologickým kritériom;

b) fyziologické kritérium;

c) biochemické kritérium;

d) genetické kritérium.

7) schopnosť organizmov produkovať plodné potomstvo

slúži ako základ:

a) pre morfologické kritérium; b) fyziologické kritérium;

c) genetické kritérium;

d) environmentálne kritérium.

8) Podobnosť procesov výživy a dýchania sa skúma podľa kritéria:

a) environmentálne;

b) fyziologické;

c) biochemické;

d) genetické.

9) Kombinácia environmentálnych faktorov je základom:

a) genetické kritérium;

b) geografické kritérium;

c) environmentálne kritérium;

d) historické kritérium.

2. Písomná odpoveď na kartu.

Cvičenie.

Vyplňte medzery v nasledujúcich frázach:

1) Súhrn environmentálnych faktorov, v ktorých druh existuje, je... kritériom pre tento druh

2) Hlavným dôvodom rozdelenia skupiny jednotlivcov do populácie je...

3) Jedince dvoch populácií toho istého druhu...

5) Študuje sa podobnosť reakcií tela na vonkajšie vplyvy, rytmy vývoja a reprodukcie... kritérium

II. Učenie sa nového materiálu.

1 Populácie.

Živé organizmy v prírode spravidla nežijú samostatne, ale tvoria viac-menej stále skupiny. Existuje veľa dôvodov na vytvorenie takýchto skupín, ale hlavné sú, že organizmy patriace k rovnakému druhu sa hromadia na miestach, ktoré sú pre ich existenciu a reprodukciu najpriaznivejšie.

Súbor jedincov toho istého druhu, ktorí dlhodobo obývajú určitý priestor, rozmnožujú sa voľným krížením a v tej či onej miere od seba izolovaní, sa nazýva populácia.

Existencia druhov vo forme populácií je dôsledkom heterogenity vonkajších podmienok. Populácie zostávajú stabilné v čase a priestore, hoci ich počet sa môže z roka na rok meniť v dôsledku vznikajúcich rozdielov v podmienkach reprodukcie a vývoja organizmov. V rámci populácií existujú ešte menšie skupiny, do ktorých sa môžu spájať jedinci s podobným správaním alebo na základe rodinných väzieb. Nie sú však schopní udržateľne sa uživiť.

Organizmy, ktoré tvoria populáciu, sú navzájom prepojené prostredníctvom rôznych vzťahov. Súťažia medzi sebou o určité druhy zdrojov. Vnútorné vzťahy v populáciách sú zložité a protichodné. V rámci každej populácie organizmov, ktoré sa rozmnožujú sexuálne, prebieha neustála výmena genetického materiálu.

Kríženie jedincov z rôznych populácií sa vyskytuje menej často, takže genetická výmena medzi rôznymi populáciami je obmedzená. Výsledkom je, že každá populácia je charakterizovaná vlastným špecifickým súborom génov s pomerom frekvencií výskytu rôznych alel jedinečných pre túto populáciu. Existencia druhov vo forme populácií zvyšuje ich odolnosť voči lokálnym zmenám životných podmienok.

2. Populačná genetika.

V časoch Darwina genetika neexistovala. Ako veda sa začala rozvíjať v dvadsiatom storočí. Zistilo sa, že gény sú nositeľmi dedičnej variability. Myšlienky genetiky zaviedli hlboké vysvetlenia do teórií prirodzeného výberu Charlesa Darwina. Syntéza genetiky a klasického darwinizmu viedla k zrodu populačnej genetiky, ktorá umožnila z novej perspektívy vysvetliť procesy zmien v genetickom zložení populácií, vznik nových vlastností organizmov a ich konsolidáciu pod vplyvom tzv. prirodzený výber.

Populácia je súbor organizmov rovnakého druhu, z ktorých každý má špecifický genotyp. Súhrn genotypov všetkých jedincov v populácii sa nazýva genofond populácie. Bohatosť genofondu závisí od alelickej diverzity. To znamená, že v populácii, kde neexistuje žiadna alelická diverzita pre konkrétny gén, majú všetci jedinci identický genotyp pre tento gén AA. Gény, v ktorých sa v populácii nachádzajú dva alebo viac alelických variantov, sa nazývajú polymorfné. Pri dvoch alelách sú tri genotypy (AA, Aa, aa), pri troch alelách šesť genotypov a potom ich počet rýchlo narastá.

Bohatosť genofondu druhu je určená nielen alelickou diverzitou, teda polymorfizmom lokusov, ale aj diverzitou alelových kombinácií. Prudký pokles počtu druhov vedie k zníženiu alelickej diverzity a počtu kombinácií. Preto je dôležité zachovať genofondy voľne žijúcich druhov, vyhnite sa náhlemu vyčerpaniu. Intenzita procesov prebiehajúcich v populáciách do značnej miery závisí od úrovne genetickej diverzity.

Mutačný proces je zdrojom dedičnej variability. V populácii niekoľkých miliónov jedincov sa v každej generácii môže vyskytnúť niekoľko mutácií každého génu prítomného v tejto populácii. Vďaka kombinačnej variabilite sa mutácie rozšírili do celej populácie.

Neustále prebiehajúci proces mutácií a voľné kríženie vedie k akumulácii veľkého počtu zvonka neviditeľných, kvalitatívnych zmien v populácii (prevažná väčšina vznikajúcich mutácií je recesívna). Tieto fakty zistil ruský vedec S.S. Chetverikov.

Genetické štúdie prirodzených populácií rastlín a živočíchov ukázali, že napriek ich relatívnej fenotypovej homogenite sú nasýtené rôznymi recesívnymi mutáciami. Chromozómy, v ktorých vznikli mutácie v dôsledku zdvojenia počas delenia buniek, sa postupne šíria medzi populáciami. Mutácie sa neprejavujú fenotypovo, pokiaľ zostávajú heterozygotné.

Po dosiahnutí dosť vysoká koncentrácia mutácie, je možné krížiť jedincov nesúcich alelické recesívne gény.

V týchto prípadoch sa mutácie prejavia fenotypovo a budú spadať pod priamu kontrolu prirodzeného výberu a práve v tom spočíva schopnosť populácie prispôsobiť sa, teda prispôsobiť sa novým faktorom – klimatickým zmenám, vzniku nového predátora resp. konkurencia, a dokonca aj ľudské znečistenie.

III. Konsolidácia.

Laboratórne práce

Téma: IDENTIFIKÁCIA VARIABILITY U JEDNOTLIVCOV ROVNAKÉHO DRUHU

Ciele: formovať koncept premenlivosti organizmov, pokračovať v rozvíjaní schopností pozorovať prírodné objekty a nachádzať znaky premenlivosti.

Vybavenie: letáky znázorňujúce variabilitu organizmov (rastliny 5-6 druhov, 2-3 exempláre z každého druhu, sady semien, plodov, listov atď.)

Pokrok

1. Porovnajte 2-3 rastliny rovnakého druhu (alebo ich jednotlivé orgány: listy, semená, plody atď.). Nájdite znaky podobnosti v ich štruktúre. Vysvetlite dôvody podobnosti jedincov toho istého druhu.

2. Identifikujte znaky rozdielov v skúmaných rastlinách. Odpovedzte na otázku: aké vlastnosti organizmov určujú rozdiely medzi jedincami toho istého druhu? 3. Odhaľ význam týchto vlastností organizmov pre evolúciu. Ktoré rozdiely sú podľa vás spôsobené dedičnou variabilitou a ktoré nie sú spôsobené dedičnou variabilitou? Vysvetlite, ako môžu vzniknúť rozdiely medzi jedincami toho istého druhu.

Domáca úloha: § 54, 55.

Odoslanie dobrej práce do databázy znalostí je jednoduché. Použite nižšie uvedený formulár

Študenti, postgraduálni študenti, mladí vedci, ktorí pri štúdiu a práci využívajú vedomostnú základňu, vám budú veľmi vďační.

Uverejnené na http://www.allbest.ru/

Plán hodiny biológie

Téma: Genetické zloženie populácií

genetická mutácia dedičná populácia

Typ lekcie: lekcia, ktorá odhaľuje obsah témy.

Účel lekcie: pokračovať v prehlbovaní a rozširovaní poznatkov o populáciách, charakterizovať pojem genofond populácií.

Úlohy:

Vzdelávacie. Vytvorte koncept populačnej genetiky; charakterizovať genofond populácie; zistiť, že proces mutácie je stálym zdrojom dedičnej variability.

Vývojový. Pokračujte v rozvíjaní schopnosti pozorovať a všímať si hlavnú vec pri počúvaní správ a práci s učebnicovým materiálom.

Vzdelávacie. Naďalej rozvíjajte vedecký svetonázor, lásku k prírode a kultúru práce založenú na zapisovaní poznámok do zošita.

Vybavenie

Tabuľky, učebnica.

Počas vyučovania

1. Organizačný moment 1-2 min. Prieskum domáca úloha: 1) Čo je to populácia? 2) Prečo biologických druhov existujú vo forme populácií? 5-7 min.

2. Učenie sa nového materiálu. 25 min.

3. Konsolidácia študovaného materiálu. Klasifikácia.

4. Domáca úloha.

2. Učenie sa nového materiálu

Posilnenie naučeného materiálu

4. Domáce úlohy

Populačná genetika. V Darwinových časoch veda o genetike ešte neexistovala. Začal sa rozvíjať začiatkom 20. storočia. Zistilo sa, že gény sú nositeľmi dedičnej variability.

Myšlienky genetiky zaviedli ďalšie hĺbkové vysvetlenia do teórie prirodzeného výberu Charlesa Darwina. Syntéza genetiky a klasického darwinizmu viedla k zrodu špeciálneho smeru výskumu – populačnej genetiky, ktorá umožnila z novej perspektívy vysvetliť procesy zmien v genetickom zložení populácií, vznik nových vlastností organizmov a populácií. ich konsolidáciu pod vplyvom prirodzeného výberu.

Genofond. Každá populácia sa vyznačuje určitým genofondom, t.j. celkové množstvo genetického materiálu, ktorý tvoria genotypy jednotlivých jedincov.

Ako už bolo uvedené, prirodzené populácie v rôznych častiach areálu druhu sú zvyčajne viac-menej odlišné. V rámci každej populácie dochádza k voľnému kríženiu jedincov. Výsledkom je, že každá populácia je charakterizovaná vlastným genofondom s pomermi rôznych alel jedinečných pre túto populáciu.

Mutačný proces je stálym zdrojom dedičnej variability. V populácii niekoľkých miliónov jedincov sa v každej generácii môže vyskytnúť niekoľko mutácií doslova každého génu prítomného v tejto populácii. Vďaka kombinačnej variabilite sa mutácie rozšírili do celej populácie.

Prirodzené populácie sú nasýtené širokou škálou mutácií. Všimol si to ruský vedec Sergej Sergejevič Chetverikov (1880-1959), ktorý zistil, že významná časť variability genofondu je skrytá, pretože prevažná väčšina mutácií, ktoré vznikajú, je recesívna a navonok sa neobjavuje. Recesívne mutácie sú akoby „absorbované druhmi v heterozygotnom stave“, pretože väčšina organizmov je pre mnohé gény heterozygotná. Takáto skrytá variabilita sa dá odhaliť pri pokusoch s krížením blízko príbuzných jedincov. Pri takomto krížení sa niektoré recesívne alely, ktoré boli v heterozygotnom a teda latentnom stave, stanú homozygotnými a budú sa môcť objaviť.

Pri umelom výbere sa dá ľahko zistiť aj významná genetická variabilita v prirodzených populáciách. Pri umelom výbere sú jedinci vyberaní z populácie, v ktorej sú najvýraznejšie vyjadrené akékoľvek ekonomicky hodnotné črty, a títo jedinci sú medzi sebou krížení.Umelá selekcia sa ukazuje ako účinná takmer vo všetkých prípadoch, keď sa k nej uchýli. V dôsledku toho existuje v populáciách genetická variabilita doslova pre každý znak daného organizmu.

Sily, ktoré spôsobujú génové mutácie, pôsobia náhodne. Pravdepodobnosť, že sa mutantný jedinec objaví v prostredí, v ktorom ho bude uprednostňovať selekcia, nie je väčšia ako v prostredí, v ktorom takmer určite zomrie. S.S. Chetverikov ukázal, že až na zriedkavé výnimky sa väčšina novovzniknutých mutácií ukáže ako škodlivá a v homozygotnom stave spravidla znižuje životaschopnosť jedincov. V populáciách sa zachovávajú len vďaka selekcii v prospech heterozygotov. Avšak mutácie, ktoré sú škodlivé v jednom prostredí, môžu zvýšiť životaschopnosť v iných podmienkach. Mutácia, ktorá spôsobuje nedostatočný rozvoj alebo úplnú absenciu krídel u hmyzu, je teda určite škodlivá normálnych podmienkach a bezkrídle jedince rýchlo nahrádzajú normálne. Ale na oceánskych ostrovoch a horských priesmykoch, kde fúka vietor silné vetry, takýto hmyz má výhody oproti jedincom s normálne vyvinutými krídlami.

Keďže každá populácia je zvyčajne dobre prispôsobená svojmu prostrediu, veľké zmeny zvyčajne znižujú túto zdatnosť, rovnako ako veľké náhodné zmeny v mechanizme hodiniek (odstránenie pružiny alebo pridanie kolieska) vedú k ich poruche. Populácie majú veľké zásoby alel, ktoré jej na danom mieste alebo v danom čase neprinášajú žiaden úžitok; zostávajú v populácii v heterozygotnom stave, kým sa v dôsledku zmien podmienok prostredia zrazu neukážu ako užitočné. Akonáhle sa to stane, ich frekvencia sa pod vplyvom selekcie začne zvyšovať a nakoniec sa stanú hlavným genetickým materiálom. V tom spočíva schopnosť obyvateľstva prispôsobiť sa, t.j. prispôsobiť sa novým faktorom – klimatickým zmenám, objaveniu sa nového predátora alebo konkurenta a dokonca aj znečisteniu človekom.

Mutačný proces teda vytvára materiál pre evolučné transformácie, čím sa vytvára rezerva dedičnej variability v genofonde každej populácie a druhu ako celku. Udržiavaním vysokého stupňa genetickej diverzity v populáciách poskytuje základ pre pôsobenie prirodzeného výberu a mikroevolúcie.

Uverejnené na Allbest.ru

Podobné dokumenty

Podstata a zdroje genetickej variability v prirodzených populáciách. Charakteristika kombinačných a mutačných typov dedičnej variability. Vlastnosti fenotypovej variability vyskytujúcej sa v dôsledku vplyvu podmienok prostredia.

kurzová práca, pridané 14.09.2011

Mikroevolúcia ako proces premeny genetickej štruktúry populácií pod vplyvom evolučných faktorov. Základná jednotka evolúcie a jej charakteristiky. Vlastnosti populácií, ich genetické zloženie. Elementárne evolučné faktory, mutácie.

abstrakt, pridaný 12.09.2013

Variabilita modifikácie je proces interakcie medzi organizmom a jeho prostredím; populácie a čisté línie; fenotyp a genotyp. Mutačná variabilita: typy, klasifikácia. Zákon homologických sérií v dedičnej premenlivosti, využitie pri selekcii.

kurzová práca, pridané 06.09.2011

Populácie a ich vlastnosti: samoreprodukcia, genetická variabilita, plodnosť, úmrtnosť, emigrácia, imigrácia. Vzorce a typy populačnej dynamiky. Plodnosť hmyzu a jeho schopnosť rozmnožovania je ich biotický potenciál.

abstrakt, pridaný 8.12.2015

Rozdiely v štruktúre, rozmnožovaní a správaní jedincov v dôsledku rôznych environmentálnych podmienok populácií. Počet jedincov v populáciách, jeho zmena v čase. Vekové zloženie obyvateľstva, možnosť predikcie na najbližšie roky.

prezentácia, pridané 26.02.2015

Pokrok ako smer evolúcie. Vývoj od archantropov k neoantropom. Korelácia a koordinácia systémov a orgánov vo fylogenéze. Mutačný proces ako faktor mikroevolúcie. Špecializácia a jej úloha v evolúcii. Pravidlo progresívnej špecializácie.

test, pridané 06.08.2013

Pojem a funkcie variability ako schopnosti živých organizmov nadobúdať nové charakteristiky a vlastnosti, význam tohto procesu pri prispôsobovaní sa meniacim sa podmienkam prostredia. Pojem a povaha, štádiá mutačnej variability.

prezentácia, pridaná 30.11.2013

Vykonanie hybridologickej analýzy na príklade hrachu. Doba kvitnutia a technika kríženia. Spôsoby kríženia obilnín (pšenica a raž). Odhad úrodnosti rastlín z peľových zŕn. Genetický polymorfizmus populácií rastlín.

praktické práce, pridané 12.5.2013

Genetika ako veda o zákonitostiach a mechanizmoch dedičnosti a premenlivosti, jej vývoji. Moderné formulácie Mendelových zákonov. Objav DNA švajčiarskym vedcom Johannom Friedrichom Miescherom v roku 1869. Vlastnosti genetického kódu. Etapy vírusovej reprodukcie.

prezentácia, pridané 14.08.2015

Štúdium priestorového rozšírenia, sezónneho výskytu a vývoja motýľa Mnemosyne v území národný park"ruský sever". Charakteristika pohlavnej štruktúry populácie a morfologická variabilita dospelých jedincov podľa metrických charakteristík.