Výstupy z učení
- Definice Hardyho-Weinbergova principu a diskuse o jeho významu
Na počátku dvacátého století, anglický matematik Godfrey Hardy a německý lékař Wilhelm Weinberg vyslovili princip rovnováhy, který popisuje genetické složení populace. Teorie, která se později stala známou jako Hardyho-Weinbergův princip rovnováhy, uvádí, že frekvence alel a genotypů v populaci jsou ze své podstaty stabilní – pokud na populaci nepůsobí nějaká evoluční síla, alely ani genotypové frekvence by se neměnily. Hardyho-Weinbergův princip předpokládá podmínky bez mutací, migrace, emigrace nebo selekčního tlaku pro nebo proti genotypu a navíc nekonečnou populaci. Ačkoli tyto podmínky nemůže splňovat žádná populace, nabízí tento princip užitečný model, s nímž lze porovnávat skutečné populační změny.
Populační genetici pracující podle této teorie představují ve svých matematických modelech různé alely jako různé proměnné. Proměnná p například často představuje četnost určité alely, řekněme Y pro znak žluté barvy u Mendelova hrachu, zatímco proměnná q představuje četnost alel y, které propůjčují zelenou barvu. Pokud jsou to jediné dvě možné alely pro daný lokus v populaci, p + q = 1. Jinými slovy, všechny alely p a všechny alely q zahrnují všechny alely pro daný lokus v populaci.
V konečném důsledku však většinu biologů nezajímají četnosti různých alel, ale četnosti výsledných genotypů, známé jako genetická struktura populace, z níž mohou vědci usuzovat na rozložení fenotypů. Pokud pozorujeme fenotyp, můžeme znát pouze genotyp homozygotní recesivní alely. Výpočty poskytují odhad zbývajících genotypů. Protože každý jedinec nese v každém genu dvě alely, známe-li frekvence alel (p a q), je předpověď frekvencí genotypů jednoduchým matematickým výpočtem, který určí pravděpodobnost získání těchto genotypů, pokud z genofondu náhodně vybereme dvě alely. Ve výše uvedeném scénáři může být jednotlivá rostlina hrachu pp (YY), a produkovat tak žlutý hrách; pq (Yy), rovněž žlutý; nebo qq (yy), a produkovat tak zelený hrách (obrázek 1). Jinými slovy, četnost jedinců pp je jednoduše p2; četnost jedinců pq je 2pq; a četnost jedinců qq je q2. Opět platí, že pokud jsou p a q jediné dvě možné alely pro daný znak v populaci, budou se tyto frekvence genotypů rovnat jedné: p2+ 2pq + q2 = 1.
Obrázek 1. Pokud jsou populace v Hardyho-Weinbergově rovnováze, je frekvence alel stabilní z generace na generaci a rozložení alel lze určit z Hardyho-Weinbergovy rovnice. Pokud se alelická frekvence naměřená v terénu liší od předpokládané hodnoty, mohou vědci usuzovat, jaké evoluční síly jsou ve hře.
Praktická otázka
U rostlin je fialová barva květů (V) dominantní nad bílou (v). Jestliže p = 0,8 a q = 0,2 v populaci 500 rostlin, kolik jedinců byste očekávali jako homozygotní dominantní (VV), heterozygotní (Vv) a homozygotní recesivní (vv)? Kolik rostlin byste očekávali s fialovými květy a kolik s bílými květy?
Teoreticky, pokud je populace v rovnováze – to znamená, že na ni nepůsobí žádné evoluční síly – měla by generace za generací stejný genofond a genetickou strukturu a všechny tyto rovnice by platily po celou dobu. Samozřejmě i Hardy a Weinberg uznávali, že žádná přirozená populace není imunní vůči evoluci. Populace v přírodě neustále mění svou genetickou skladbu v důsledku driftu, mutací, případně migrace a selekce. V důsledku toho je jediným způsobem, jak určit přesné rozložení fenotypů v populaci, jít ven a spočítat je. Hardyho-Weinbergův princip však dává vědcům matematický základ nevyvíjející se populace, s nímž mohou porovnávat vyvíjející se populace, a tak odvodit, jaké evoluční síly mohou být ve hře. Pokud se frekvence alel nebo genotypů odchylují od hodnoty očekávané z Hardyho-Weinbergovy rovnice, pak se populace vyvíjí.
Zkuste to
Přispějte!
Vylepšete tuto stránkuZjistěte více