Biology for Majors II

Na początku XX wieku, angielski matematyk Godfrey Hardy i niemiecki lekarz Wilhelm Weinberg stwierdzili, że zasada równowagi służy do opisu genetycznego makijażu populacji. Teoria ta, która później stała się znana jako zasada równowagi Hardy’ego-Weinberga, stwierdza, że częstotliwości alleli i genotypów w populacji są z natury stabilne – jeśli na populację nie działa jakaś siła ewolucyjna, ani częstotliwości alleli, ani genotypów nie ulegną zmianie. Zasada Hardy’ego-Weinberga zakłada warunki bez mutacji, migracji, emigracji, presji selekcyjnej za lub przeciw genotypowi oraz nieskończoną populację. Chociaż żadna populacja nie może spełnić tych warunków, zasada ta oferuje użyteczny model, z którym można porównać rzeczywiste zmiany w populacji.

Pracując w ramach tej teorii, genetycy populacyjni reprezentują różne allele jako różne zmienne w swoich modelach matematycznych. Zmienna p, na przykład, często reprezentuje częstotliwość występowania określonego allelu, powiedzmy Y dla cechy żółtego w groszku Mendla, podczas gdy zmienna q reprezentuje częstotliwość występowania alleli y, które nadają kolor zielony. Jeśli są to jedyne dwa możliwe allele dla danego locus w populacji, to p + q = 1. Innymi słowy, wszystkie allele p i wszystkie allele q obejmują wszystkie allele dla tego locus w populacji.

Jednakże tym, co ostatecznie interesuje większość biologów, nie są częstości różnych alleli, ale częstości wynikających z nich genotypów, znane jako struktura genetyczna populacji, na podstawie której naukowcy mogą przypuszczać dystrybucję fenotypu. Jeśli obserwujemy fenotyp, możemy znać tylko genotyp homozygotycznego allelu recesywnego. Obliczenia pozwalają oszacować pozostałe genotypy. Ponieważ każdy osobnik jest nosicielem dwóch alleli na gen, jeśli znamy częstości alleli (p i q), przewidywanie częstości genotypów jest prostym rachunkiem matematycznym pozwalającym określić prawdopodobieństwo uzyskania tych genotypów, jeśli wylosujemy losowo dwa allele z puli genów. W powyższym scenariuszu, pojedyncza roślina grochu może być pp (YY), a więc produkować żółty groszek; pq (Yy), również żółty; lub qq (yy), a więc produkować zielony groszek (Rysunek 1). Innymi słowy, częstość osobników pp to po prostu p2; częstość osobników pq to 2pq; a częstość osobników qq to q2. Ponownie, jeśli p i q są jedynymi dwoma możliwymi allelami dla danej cechy w populacji, te częstotliwości genotypów będą sumować się do jednego: p2+ 2pq + q2 = 1.

Rysunek 1. Gdy populacje znajdują się w równowadze Hardy’ego-Weinberga, częstość alleli jest stabilna z pokolenia na pokolenie, a rozkład alleli można wyznaczyć z równania Hardy’ego-Weinberga. Jeśli częstotliwość alleli zmierzona w terenie różni się od przewidywanej wartości, naukowcy mogą wnioskować o tym, jakie siły ewolucyjne są w grze.

Teoretycznie, jeśli populacja jest w stanie równowagi – czyli nie działają na nią żadne siły ewolucyjne – pokolenie po pokoleniu miałaby taką samą pulę genów i strukturę genetyczną, a wszystkie te równania byłyby prawdziwe przez cały czas. Oczywiście, nawet Hardy i Weinberg uznali, że żadna naturalna populacja nie jest odporna na ewolucję. Populacje w przyrodzie nieustannie zmieniają swój skład genetyczny z powodu dryfu, mutacji, prawdopodobnie migracji i selekcji. W rezultacie jedynym sposobem na określenie dokładnego rozkładu fenotypów w populacji jest ich policzenie. Jednakże zasada Hardy’ego-Weinberga daje naukowcom matematyczny punkt odniesienia dla nieewoluującej populacji, z którą mogą porównać populacje ewoluujące i w ten sposób wywnioskować, jakie siły ewolucyjne mogą być w grze. Jeśli częstości alleli lub genotypów odbiegają od wartości oczekiwanej na podstawie równania Hardy’ego-Weinberga, populacja ewoluuje.

Przyczyń się!

Popraw tę stronęDowiedz się więcej