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.