Генетическое равновесие в популяциях и его нарушение

Популяция включает огромное количество разнообразных генов, которые образуют её генофонд. Гены существуют в формах, называемых аллелями. И именно частота встречаемости аллелей определяет генетическую структуру популяции.

Частотой аллеля называют отношение количества данных аллелей у всех особей к общему количеству аллелей в популяции.

Чтобы проверить как изменяются частоты аллелей в разных условиях, необходимо узнать, как они будут изменяться в идеальных условиях.

Что значит идеальные условия? Теоретически это значит, что в популяции

1) отсутствует мутационный процесс;

2) отсутствует давление отбора;

3) популяция бесконечно велика;

4) популяция изолирована от других популяций и в ней имеет место панмиксия.

Панмиксия — это свободное скрещивание разнополых особей в пределах одной популяции, то есть все скрещивания случайны.

Таким образом создаются условия где притока новых генов не происходит. И устанавливается генетическое равновесие, то есть частота аллей различных генов в популяции постоянна.

Английский математик Го́дфри Харди и немецкий врач Вильгельм Вайнберг установили, что в идеальных условиях частоты генотипов по какому-либо гену (в случае если в популяции есть два аллеля этого гена) будут поддерживаться постоянными из поколения в поколение и соответствовать уравнению:

Рассмотрим закон Харди- Вайнберга на примере скрещивания морских свинок с чёрной и коричневой окраской шерсти, из популяции которая находиться в идеальных условиях.

В результате слияния половых клеток коричневого рецессивного гомозиготного самца и чёрной доминантной гомозиготной самки, образуется зигота – оплодотворённая яйцеклетка.

Рассмотрим процесс образования зиготы подробнее.

У самца в процессе сперматогенеза из диплоидных спермогониев содержащих двойной набор хромосом 2n (в локусах которых находятся рецессивные гомозиготные аллели, которые отвечающие за коричневый цвет шёрстного покрова.) образуются гаплоидные сперматиды (которые будут содержать уже только один ген b), из них формируется сперматозоид, который также содержит гаплоидный набор хромосом (хромосома с одним рецессивным геном).

У самки в процессе оогенеза, из оогонии (содержащей двойной набор хромосом) в локусах, которых находятся гомозиготные доминантные аллели, отвечающие за чёрный цвет шёрстного покрова, образуется ооцит, а затем и гаплоидная яйцеклетка, хромосома которой будет иметь один доминантный ген В.

Итак, половые клетки (гаметы) сперматозоид и яйцеклетка сливаются, образуя зиготу.

Из зиготы будет развиваться гетерозиготная морская свинка ─ первое гибридное поколение F1.

Такая морская свинка будет содержать доминантный ген В и рецессивный ген b.

Так как ген, отвечающий за чёрную окраску – доминантный, а ген отвечающий за коричневую окраску рецессивный, то свинка будет чёрной окраски, потому как доминантный ген будет подавлять рецессивный.

Рассмотрим дальнейшее скрещивание двух гетерозиготных морских свинок.

При мейозе хромосома, содержащая доминантный и рецессивный аллель расходится, так что каждый сперматозоид и каждая яйцеклетка получают либо доминантный ген, либо рецессивный ген.

При скрещивании особей с такими половыми клетками, потомство может иметь как чёрный, если произойдёт скрещивание подобно тому что мы уже рассмотрели так и коричневый окрас шерсти.

Для того чтобы представить себе все возможные комбинации окраса при скрещивании морских свинок, чертят решётку.

Вдоль верхней стороны вписываются все возможные типы яйцеклеток. А вдоль левой все возможные типы сперматозоидов. Клетки же заполняют всеми возможными сочетаниями их в зиготе.

В результате три четверти всех потомков будут доминантными гомозиготными или гетерозиготными и потому будут иметь чёрную окраску;

А одна четверть будет рецессивной гомозиготной, и эти особи будут коричневыми.

Это фенотипическое отношение 3:1 (три к одному) характерно для потомков второго гибридного поколения (F2), полученного от скрещивания особей, различающихся по одному признаку, обусловленному одной парой генов. Генотипическое отношение при этом будет иметь такой вид.

С помощью формулы Харди-Вайнберга можно определить ожидаемые частоты генов, генотипов и фенотипов в поколениях свободно скрещивающейся популяции.

Однако Закон Харди-Вайнберга выполняется, когда в популяции:

1) отсутствует мутационный процесс;

2) отсутствует давление отбора;

3) популяция бесконечно велика;

4) популяция изолирована от других популяций и в ней имеет место панмиксия.

Но в реальных условиях это происходит редко.

Рассмотрим почему генетическое равновесие в популяции происходит редко.

Причины нарушения генетического равновесия

Первая причина.

Закон Харди-Вайнберга соблюдается, только в том случае если в популяции происходят свободное скрещивание между особями.

Нарушение генетического равновесия происходит тогда, когда подбор партнёров для спаривания не случайный.

Особи с определёнными признаками подбирают пару с такими же признаками.

Например, дикие гуси в период размножения ищут себе пару со схожей окраской.

Вторая причина. Потеря генов в популяции. Это может произойти, например, в результате гибели особи с редкими генами. То есть «Чем меньше численность особей в популяции, тем больше она подвержена различным влияниям, которые меняют генофонд.»

Третья причина. Нарушение генетического равновесия может произойти в результате разделения популяции на две неравные части некими неожиданно возникшими естественными или искусственными барьерами.

Например, если на реке бабры построили плотину. В результате этого, особи популяции каких-либо обитавших там организмов разделились на две части. 

Генофонд популяции, которая оказалась по количеству меньше, с течением времени, может из-за каких-либо причин отличаться от прежнего по составу. 

Четвертая причина.

Нарушение генетического равновесия может произойти из-за какой-либо катастрофы перенесённой популяцией, которая может привести к гибели части популяции.

Так, например, если после (пожара, наводнения) осталась лишь малая доля особей популяции.  То через какое-то время генофонд её поменяется…  

И 4-е из-за какой-либо катастрофы, перенесённой популяцией, которая может привести к гибели части популяции.