Генетика популяций

Размещено на http://www.allbest.ru/

Генетика популяций

Популяция - совокупность особей одного вида, обладающих общим генофондом и занимающих определенную территорию в течение длительного времени, внутри которой осуществляется та или иная степень случайного скрещивания (панмиксия). Такая популяция называется панмиксической.

Для характеристики популяции используются следующие показатели:

1. Генофонд популяции - совокупность всех генотипов.

2. Частота генотипов.

3. Частота аллелей (генов).

Ключевую закономерность популяционной генетики отражает закон Харди-Вайнберга.

Это закон, который отражает закономерности генетической структуры популяции и наследования, справедлив только для панмиксических, бесконечно больших популяций, на которые не действуют факторы окружающей среды.

Основные положения закона:

1. В такой популяции частота аллелей в ряду поколений не изменяется

2. Начиная со второго поколения устанавливаются постоянные частоты генотипов

3. Между частотой генов и генотипов устанавливается соотношение в ряду поколений, которое выглядит следующим образом:

(P+Q)² = P^2: 2PQ: Q²

АА Аа аа

Р - частота аллелей А

Q - частота аллелей а P+Q = 1

Т.е. основное утверждение закона состоит в том, что в отсутствии элементарных эволюционных факторов, таких как, мутации, отбор, миграции и дрейф генов, частоты генов остаются неизменными из поколения в поколение.

Биологический смысл закона: процесс наследования не влияет сам по себе на частоту аллелей в популяции, а возможные изменения генетической структуры возникают вследствие других причин.

В отсутствии эл. Эволюционных факторов частоты генов (аллелей) остается неизменным из поколения в поколение.

Основные факторы динамики популяций:

1. Мутации. Всякая вновь возникшая мутация изменяет целостность генетической системы. Мутационный процесс приводит к обогащению генетического разнообразия внутри популяций - резерв генететических изменений - обеспечивает степень полиморфизма в популяции.

Доминантные мутации подв. Контролю ест. Отбора уже в гетерозиготе.

Рецессивные мутации - размножаются в популяции до опр. Уровня, переходит в гомозиготу.

2. Миграция или поток генов. Перенос аллелей из одной популяции в другую. Миграция особей может привести к значительным изменениям в частотах аллелей, т.к. при этом изменяется пропорция членов популяции, несущих данный аллель.

3. Случайный дрейф генов. Резкая гибель большей части популяции в связи с неожиданными факторами. Наиболее отчетливо проявляется при резком сокращении популяции в результате стихийных бедствий.

Под действием дрейфа генов усиливается процесс гомозиготации, т.к. часть близкородственных скрещиваний увеличивается = рецессивны. В теории приводит к видообразовани.

4. Изменение системы скрещивания (нарушение панмиксии, т.е. нарушение системы свободного скрещивания).

5. Отбор Дифференцированная выживаемость организмов, особи одного генотипа жизнеспособнее, чем особи другого генотипа. Может идти полный или частичный отбор.

6. Эффект основателя. Предельный случай дрейфа генов представляет собой процесс возникновения новой популяции, состоящей всего из нескольких. Происходит снижение генетического разнообразия при заселении новых территорий небольшим количеством особей.

7. Эффект бутылочного горлышка. Случайные изменения частот аллелей, возникают и в случаях, когда численность популяции резко сокращается и возникает опасность ее вымирания. В дальнейшем такие популяции могут восстановить свою численность, однако вследствие дрейфа генов в то время, когда популяции проходит через точку наименьшего количества особей (бутылочное горлышко), в ней существенно меняются частоты аллелей. Эти изменения сохраняются на протяжении последующих поколений.



Видообразование.

1) Географическое: в основе - приграды.

2) Экологическое (симпатрическое) - виды от родственных групп, перекрытие. В основе - экологическая хуйня. Правило Гауза. Полная хуета, нет доказательств нормальных, поэтому не все ученые мужа её принимают ебать.

3) Квантовое - происходит при вынужденном заселении популяций новых территорий. Темпы эволюции увеличиваются в разы. Мало изучен поэтому тоже хуита.

4) Полиплоидное - хуй знает что это такое.

Популяционные волны.

Численность популяций редко остается постоянной во времени. Первым обратил внимание на это явление С.С. Четвериков. Периодические колебания численности популяций были названы популяционными волнами. Дрейф генов оказывает большую роль при резком снижении численности популяции (происходит утеря тех или иных аллелей, т.е. обеднение генетического разнообразия).

Итог темы нахуй: за кажущейся внешней однородностью любой вид обладает большим запасов генетической изменчивости в форме рецессивных аллелей. Резерв генетической информации обеспечивает пластичность популяции.

Селекция.

Понимается целенаправленное создание и совершенствование сортов, штаммов микроорганизмов в соответствии с целями.

Порода - животные одного вида популяции в рез-те иск. Отбора и имеющие опр. Наследственные и фенотипические особенности перед потомками.

Сорт - получаем в рез-те иск. Отбора (дикие виды): полезные или декоративные цели.

Штамм

Важен исходный материал - многообразие др. видов по которому ведется селекция.

Закон гомологических рядов Вавилова

1) Виды и роды близкие между собой характеризуются тождественными рядами наследственности и изменчивости с такой правильностью, что можно предвидеть нах. Форм у других видов и родов.

2) Целые семейства раст. В общем характеризуются опр. Изм. Которая проходит через все роды, составляющие семью

Закон опр. Полиморфизм видов.

Закон гом. Рядов. Определяет общую закономерность, процессы и явления, биологической основой, методов целенаправленных на получение нужных наследственных изменений.

Генетическая основа гомологии

Основа - дивергенция (происхождение групп путем дивергенции).

Разведение.

В основном чистопородное.

1) Инбридинг - скрещивание близких родственников. В основном в селекции применяется умеренный инбридинг (скрещиваемые особи не имеют родства до 3 поколения). Гомозиготный процесс - много гомозигот. - не наш бро.

2) Аутбридинг - потомство, которое получается от скрещивания производителя, у которых отс. Общие предки в 5 поколениях. Имитация случайного скрещивания. Высокая гетерозиготность - наш бро.

Скрещивание.

1) Воспроизводительное - производители разного происхождения, гибриды (помесь). Производится отбор требуемых признаков.

2) Вводное - однократное скрещивание породы-улучшателя, а затем получение гибридов, скрещивание с исх. Местной породы. Новые признаки и их адаптация происходят.

3) Поглотительное - частное с нарушением баланса, длительный процесс.

4) Направленный на исп. Гетерозиса (гибриды 1 поколения).

2 этапа гетерозиса:

1) Эугетерозис (настоящий) - все свойства гибридов 1 поколения: более плодовиты, устойчивы, выживаемы и тд

2) Избыточный - усилие одних органов и недостаточное развитие других, не ценны для селекционеров - полная хуйня.

Задачи: получение удачных сочетаний.

Отбор бывает:

1) По фенотипу: получение особей, соответствующих ожиданиям селекционера

2) По потомству

3) Индивидуальный (по фен. Бл. Особей)

4) Еще какой-то хуй знает

Эффективность отбора:

1) По регенным пр. Опр. По наследованию селекционных признаков.

Коэффициент наследуемости - определение.

Для селекции наиб отн исп комбинированный отбор.

1 этап: массовый отбор. По фенотипу

2 этап: Оценка самцов по потомству. Индивидуальный отбор. Отбираются несколько десятков лучших особей.

3 этап: Оценка самок по плодовитости.

4 этап: Воспроизводство. Скрещивание самцов и самок. Затем массовый отбор.

Что необходимо для успешной селекционной работы:

1) Создания генетической гетерозиготности

2) Выращивание в разных бассейнах - чтобы не допустить увеличение изменчивости.

3) Основной отбор происходит в определенное время: двухлетний и более.

Гибридизация (в рыболовстве)

1) В пределах семейств рыбы легко скрещиваются.

2) Гибриды могут быть малопригодные и нежизнеспособными, ассимитричное развитие

3) Большая плодовитость

Основа получения гибридов:

1) Высокие гастрономические качества

2) Быстрый темп роста

1) Приспос. И выр. В хозяйствах

2) Устойчивы к стрессу.

3) Стерильные гибриды - быстрый темп роста.

Осетровые, бестер, карповые, лососевые, сиговые

Теория эволюции

Эволюционное учение (теория эволюции) - наука о причинах, движущих силах, механизмах и общих закономерностях эволюции живых организмах.

Этапы развития эволюционных представлений:

1. Античность.

2. Средние века. (библейская хуйня + Аристотель)

3. Эпоха Возрождения. (появление трансформизма)

5. 19-20 вв.

6. Современное время

Трансформизм (17-19 вв) - система представлений об исторической изменяемости организмов, трансформизм предшествовал эволюционному учению. популяция эволюционный трансформизм вайнберг

Эволюционная теория Ламарка

Объединение трансформизма и систематического подхода.

Теория базировалась на следующих положениях:

1. Принцип градации - заложенного изначально творцом стремления к совершенствованию.

2. Принцип прямого приспособления к условиям внешней среды. Этот принцип состоит из двух законов:

- изменение органов под влиянием продолжительных упражнений (при этом активно используемый орган развивается, а неупражняемый орган отмирает).

- наследование приобретенных изменений новыми поколениями.

Эволюция согласно теории Ламарка шла плавно, исходя из чего, он пришел к выводу, что видов в природе не существует, а есть только отдельные особи.

Эволюционная теория Дарвина

1859 г. - публикация книги «Происхождение видов путем естественного отбора», начало нового этапа в развитии эволюционной теории.

Движущие силы эволюции:

1. Естественный отбор

2. Борьба за существование.

3. Наследственная изменчивость.

Впервые в центре внимания стояли виды, а не отдельные особи (отличие от трансформистов).

Предпосылки для эволюции:

1. Размножение в геометрической прогрессии.

2. Ограниченность природных ресурсов.

Формы изменчивости:

1. Неопределенная.

2. Определенная.

3. Комбинативная.

4. Коррелятивная (соотносительная).

СТЭ (синтетическая теория эволюции)

Современная эволюционная теория, которая является синтезом различных дисциплин, прежде всего генетики и дарвинизма.

Основные положения теории:

1. Материалом для эволюции служат наследственные изменения - мутации (как правило, генные) и их комбинации.

2. Основным движущим фактором эволюции является естественный отбор, возникающий на основе борьбы за существование. Естественный отбор главная причина адаптаций, видообразования и возникновения новых таксонов.

3. Элементарной единицей эволюции является популяция.

4. Дрейф генов и принцип основателя выступают причинами формирования нейтральных признаков.

5. Вид - это система популяций, репродуктивно изолированных от популяций других видов. Каждый вид экологически обособлен.

6. Видообразование заключается в появлении генетических изолирующих механизмов и осуществляется преимущественно в условиях экологической изоляции.

7. Эволюция имеет постепенный и длительный характер.

8. Макроэволюция происходит на уровне более высоком, чем вид и идет путем микроэволюции.

9. Эволюция имеет ненаправленный характер, т.е. не идет в направлении какой-либо конечной цели.

10. Эволюция в большинстве случаев носит дивергентный характер (один таксон может стать предком нескольких дочерних).

Т.о., СТЭ можно охарактеризовать как теорию эволюции путем естественного отбора признаков, детерминированных генетически.

Последние достижения эволюционной биологии внесли поправки в постулаты СТЭ:

1. Естественный отбор не является единственным движителем эволюции.

2. Эволюция далеко не всегда носит дивергентный характер.

3. Эволюция не обязательно идет постепенно. В отдельных случаях внезапный характер могут иметь отдельные макроэволюционные события.

4. Макроэволюция может идти как через микроэволюцию, так и своими путями.

5. Популяция остается элементарной единицей эволюции. Однако все организмы, не имеющие полового процесса, остаются за рамками этого определения популяции.

Современные представления об эволюции

Два типа эволюционного процесса: микро- и макроэволюция.

Микроэволюция - оценка генетической изменчивости. Факторы микроэволюции: мутационный процесс, поток генов, дрейф генов, естественный отбор. Роль отбора - оценка приспособленности форм к окружающей среде.

Элементарная единица микроэволюции - популяция, эволюционные преобразования могут приводить:

1. К образованию новых видов (кладогенез).

2. К изменению вида в целом (анагенез или филетическая эволюция).

Макроэволюция - эволюционные преобразования, ведущие к появлению таксонов более высокого ранга, чем вид (род, семейство и т.д.).

На основании направления эволюционных изменений различают два типа эволюции:

1. Изменение во времени, происходящее в видовой популяции.

2. Разветвление или дивергенция на видовом и более высоких уровнях.

Существуют дополнительные типы макроэволюции: квантовая и сетчатая.

Соотношение микро- и макроэволюции - нет единого мнения. Многие эволюционисты считают, что макроэволюция имеет собственные механизмы: анагенез (постепенное превращение одной группы в другую), кладогенез (происходит независимо, образуются различные признаки. Всегда приводит к появлению гомологичных органов), стасигенез (очень медленный процесс эволюции, при котором вид практически не меняется, ведет к персистентным формам), конвергенция (возникновение сходств между организмами), синтезогенез (событие, которое происходило крайне редко; объединение геномов разных видов. Горизонтальный перенос генов - перенос генов между одновременно существующими видами).

Конвергенция и параллельное развитие

Конвергенция состоит в независимом развитии одинаковых признаков у отдаленно родственных линий в результате адаптации к сходным экологическим условиям

Параллельное развитие сходно с конвергенцией по конечным результатам, но оно идет иным филогенетическим путем. Параллельное развитие определяется как независимое развитие сходных признаков в нескольких родственных линиях, имеющих общего предка. На практике сложно провести границу между конвергенцией и параллельным развитием.

Макроэволюция и филогенез

Филогенез - историческое развитие мира живых организмов, как в целом, так и отдельных таксономических групп.

Филогенез - преемственный ряд онтогенезов последовательных поколений.

Суть: существование связи между онтогенезом и филогенезом. Любые филогенетические преобразования происходят посредством перестройки онтогенезов особей. Т.о., филогенез представляет собой преемственный ряд онтогенезов последовательных поколений. Изменение онтогенеза может изменить ход эволюции таксона.

2 варианта связи макроэволюции и филогенеза:

1) Филогенез - это результат последовательных, модификационных онтогенезов

2) Между изменениями в онтогенезе и изменениями в филогенезе существует параллелизм.

Адаптации и адаптациогенез

Адаптация - совокупность морфологических, физиологических, поведенческих, популяционных и др. особенностей данного вида, которая обеспечивает возможность существования в определенных условиях внешней среды. Относится к популяциям и группам видов. Всегда происходит в пределах нормы реакции.

Кривая Гаусса - показывает амплитуду изменения признака.

В эволюционном аспекте адаптация - процесс приспособления к условиям окружающей среды.

В эволюционном смысле понятие «адаптация» относится не столько к отдельной особи, сколько к популяции и виду. Изменения же отдельной особи в ответ на изменения окружающей среды происходит в пределах нормы реакции.

Адаптациогенез

Адаптациогенез - эволюция адаптаций, заключающаяся в изменении нормы реакции вида и популяции. Длительный.

Приспособления не возникают в готовом виде, а складываются в процессе многоступенчатого отбора удачных вариантов из множества изменившихся особей в течение нескольких поколений.

Стадии адаптациогенеза:

1. Инодаптивная - происходит при изменении среды обитания.

При этом выживает только часть популяции, стадия инодаптации неизбежна.

2. Преадаптивная

Происходит путем изменения имеющихся органов.

Например, легкие кистеперых, способные частично дышать воздухом, модифицировались в настоящие легкие, дышащие исключительно воздухом.

3. Постадаптивная - постепенное совершенствование адаптации к частным условиям среды.

Первые две фазы - неизбежное следствие и необходимое условие эволюции адаптации, третья фаза представляет собой резерв приспособленности и используется в случае возвращения вида в прежние условия жизни.

Эволюция функций органов

Эволюция идет различными путями.

Изменения эволюции органов основывается на том, что практически любой орган может выполнять разные функции. (Нога лошади выполняет роющую, двигательную (бег), «бьющую» функции)

В процессе эволюции может происходить усиление, расширение функций органов.

Специализация

Один из аспектов адаптации. Можно определить как комплекс адаптаций и толерантностей групп организмов к адаптационной зоне.

От узкой специализации до широкой специализации.

Прогрессивная эволюция

Представляет собой направление, при котором произошедшие в прошлом изменения не ограничивают будущие возможности.

Является формой специализацией. Это то направление, при котором занимаются новые среды обитания со стрессовыми условиями (выход на сушу).

Считается, что прогрессивная эволюция это очень длительное направление специализации, которое длится миллионы лет.

Размещено на Allbest.ru

...