Hľadanie „génov láskavosti“ Už vieme, že podanie oxytocínu do nosa zvyšuje dôverčivosť a štedrosť človeka. Vieme tiež, že tieto povahové črty sú čiastočne dedičné. Na základe týchto skutočností je prirodzené predpokladať, že určité možnosti

Kapitola 6 Bouchard et al., 1990. ... než u skúmaných párov ľudí vybraných náhodne. Presne povedané, správne porovnanie by sa malo vykonať s dvoma zástupcami rôznych párov identických dvojčiat, ktorí vyrastali

4.3. Interakcia génov Mnohé gény fungujú v tele súčasne. V procesoch implementácie genetickej informácie do vlastnosti sú možné početné „body“ interakcie rôznych génov na úrovni biochemických reakcií. Takéto interakcie sú nevyhnutné

7.1. Izolácia génov Existuje niekoľko spôsobov, ako izolovať gény. Každý z nich má svoje výhody a nevýhody Chemická syntéza génov, teda syntéza nukleotidov s danou sekvenciou zodpovedajúcou jednému génu, sa prvýkrát uskutočnila v r.

8.4. Evolúcia génov a genómov Analýza štruktúry a variability genetického materiálu slúži ako základ pre rôzne teórie evolúcie génu ako elementárneho nosiča genetickej informácie. Aká bola pôvodná organizácia génu? Alebo, inými slovami, sú

Nikolaj Petrovič Dubinin Oblasťou vedeckého záujmu N. P. Dubinina bola všeobecná a evolučná genetika, ako aj aplikácia genetiky v poľnohospodárstve. evolučná genetika Spolu s A. S. Serebrovským ukázal fragmentáciu génu, ako aj fenomén komplementarity génov.A. S. Serebrovský z génu komplementarity Publikoval množstvo významných vedeckých prác o štruktúre a funkciách chromozómov, preukázal prítomnosť genetickej záťaže letálnych a subletálnych mutácií v populáciách Chromozómy genetickej záťaže mutácií Pôsobil aj v v oblasti vesmírnej genetiky, o problémoch genetiky žiarenia.

Genetický drift ako faktor evolúcie V dôsledku driftu sa môžu frekvencie alel náhodne meniť v miestnych populáciách, kým nedosiahnu bod rovnováhy – stratu jednej alely a fixáciu inej. V rôznych populáciách sa gény „unášajú“ nezávisle. Genetický drift teda vedie na jednej strane k znižovaniu genetickej diverzity v rámci populácií a na druhej strane k zvyšovaniu rozdielov medzi populáciami, k ich divergencii v množstve znakov. Táto divergencia zase môže slúžiť ako základ pre speciáciu.

Genetický drift ako faktor evolúcie Pri vysokej intenzite selekcie a vysokom počte populácií sa vplyv náhodných procesov na dynamiku génových frekvencií v populáciách stáva zanedbateľným. Naopak, v malých populáciách s malými rozdielmi vo fitness medzi genotypmi sa genetický drift stáva kľúčovým. V takýchto situáciách sa môže menej adaptívna alela fixovať v populácii, zatiaľ čo tá adaptívnejšia sa môže stratiť. Alela stratená v dôsledku driftu sa môže znova a znova objaviť v dôsledku mutácie. Keďže genetický drift je neusmernený proces, zatiaľ čo znižuje diverzitu v rámci populácií, zvyšuje rozdiely medzi miestnymi populáciami. Proti tomu pôsobí migrácia. Ak je alela A fixovaná v jednej populácii a alela a je fixná v druhej, potom migrácia jedincov medzi týmito populáciami vedie k tomu, že sa alelická diverzita znovu objaví v oboch populáciách.

Populačné vlny a genetický drift Populácie zriedka zostávajú v priebehu času konštantné. Po boomoch nasledujú recesie. S.S.Chetverikov ako jeden z prvých upozornil na periodické kolísanie počtu prirodzených populácií, veľmi dôležitú úlohu vo vývoji populácií zohrávajú populačné vlny.

Sergej Sergejevič Chetverikov () vynikajúci ruský biológ, evolučný genetik, ktorý urobil prvé kroky k syntéze mendelovskej genetiky a evolučnej teórie Charlesa Darwina. Pred inými vedcami zorganizoval experimentálnu štúdiu dedičných vlastností v prirodzených populáciách zvierat. Tieto štúdie mu umožnili stať sa zakladateľom modernej evolučnej genetiky genetikom evolucionistom

Populačné vlny a genetický drift Počas období prudkého poklesu počtu sa úloha genetického driftu výrazne zvyšuje. V takýchto momentoch sa môže stať rozhodujúcim faktorom evolúcie. Počas recesie sa frekvencia určitých alel môže dramaticky a nepredvídateľne zmeniť. Môže dôjsť k strate určitých alel a prudkému ochudobneniu genetickej diverzity populácií. Potom, keď populácia začne rásť, populácia bude z generácie na generáciu reprodukovať genetickú štruktúru, ktorá bola vytvorená v čase prechodu cez „úzke miesto“ populácie.

Efekt úzkeho miesta v reálnych populáciách Príklad: Situácia s mačkovitými gepardmi. Vedci zistili, že genetická štruktúra všetkých moderných populácií gepardov je veľmi podobná. Zároveň je genetická variabilita v rámci každej z populácií extrémne nízka. Tieto znaky genetickej štruktúry populácií gepardov možno vysvetliť, ak predpokladáme, že tento druh relatívne nedávno prešiel veľmi úzkym krkom hojnosti a všetky moderné gepardy sú potomkami niekoľkých (podľa amerických výskumníkov 7) jedincov.

Moderným príkladom efektu úzkeho miesta je populácia saigy. Počet antilop saiga sa znížil o 95 % z približne 1 milióna v roku 1990 na menej ako v roku 2004, najmä v dôsledku pytliactva pre tradičnú čínsku medicínu Saiga saiga 1990 2004

Rok populácie zubra amerického k jednotlivcom jednotlivcom jednotlivcom

Efekt zakladateľa Zvieratá a rastliny spravidla vstupujú na územia nové pre daný druh v relatívne malých skupinách. Frekvencie alel v takýchto skupinách sa môžu výrazne líšiť od frekvencií týchto alel v pôvodných populáciách. Osídlenie nového územia je sprevádzané nárastom počtu kolonistov. Početné populácie, ktoré vznikajú, reprodukujú genetickú štruktúru svojich zakladateľov. Americký zoológ Ernst Mayr, jeden zo zakladateľov syntetickej teórie evolúcie, nazval tento jav zakladateľským efektom.

Je jasné, že zakladatelia boli veľmi malé vzorky rodičovských populácií a frekvencie alel v týchto vzorkách mohli byť veľmi odlišné. Je to zakladateľský efekt, ktorý vysvetľuje úžasnú rozmanitosť oceánskej fauny a flóry a množstvo endemických druhov na ostrovoch. Efekt zakladateľa tiež zohral dôležitú úlohu vo vývoji ľudských populácií. Všimnite si, že alela B (podľa systému krvných skupín AB0) úplne chýba u amerických Indiánov a austrálskych domorodcov. Tieto kontinenty obývali malé skupiny ľudí. Z čisto náhodných dôvodov medzi zakladateľmi týchto populácií nemohol byť jediný nosič alely B. Táto alela prirodzene chýba aj v odvodených populáciách.

Genetický drift a molekulárne hodiny evolúcie Konečným výsledkom genetického driftu je úplná eliminácia jednej alely z populácie a fixácia (fixácia) inej alely v nej. Čím častejšie sa tá alebo ona alela vyskytuje v populácii, tým vyššia je pravdepodobnosť jej fixácie v dôsledku genetického driftu. Výpočty ukazujú, že pravdepodobnosť fixácie neutrálnej alely sa rovná jej frekvencii v populácii.

Pravidelnosť Veľké populácie krátko „čakajú“ na mutačný vznik novej alely, ale dlho ju fixujú. Malé populácie „čakajú“ veľmi dlho na výskyt mutácie, no po jej vzniku sa dá rýchlo opraviť. To vedie k zdanlivo paradoxnému záveru: pravdepodobnosť fixácie neutrálnych alel závisí len od frekvencie ich mutačného výskytu a nezávisí od veľkosti populácií.

Pravidelnosť Čím viac času uplynulo od okamihu oddelenia dvoch druhov od spoločného rodového druhu, tým neutrálnejšie mutačné substitúcie odlišujú tieto druhy. Na tomto princípe je postavená metóda „evolúcie molekulárnych hodín“ – určenie času, ktorý uplynul od okamihu, keď sa predkovia rôznych systematických skupín začali vyvíjať nezávisle od seba.

Pravidelnosť Americkí výskumníci E. Tsukurkendl a L. Polling po prvý raz zistili, že počet rozdielov v sekvencii aminokyselín v hemoglobíne a cytochróme c u rôznych druhov cicavcov je tým väčší, čím skôr sa ich evolučné cesty rozchádzajú.

DODATOČNÉ ELEMENTÁRNE EVOLUČNÉ FAKTORY

Génový drift. Náhodné nesmerové zmeny vo frekvenciách alel v populáciách sa nazývajú génový drift v širšom zmysle slova.

Sewall Wright nazval génový drift v užšom zmysle slova náhodnou zmenou frekvencie alel pri výmene generácií v malých izolovaných populáciách. V malých populáciách je úloha jednotlivcov veľká. Náhodná smrť jedného jedinca môže viesť k významnej zmene v súbore alel. Čím je populácia menšia, tým je pravdepodobnejšie, že bude kolísať – náhodná zmena frekvencií alel. V ultra malých populáciách môže z úplne náhodných dôvodov nahradiť normálnu alelu mutantná alela, t.j. deje náhodný záväzok mutantná alela.

V domácej biológii sa náhodná zmena frekvencie alel v ultra malých populáciách nejaký čas nazývala geneticko-automatické (N. P. Dubinin) alebo stochastické procesy (A. S. Serebrovsky). Tieto procesy boli objavené a študované nezávisle od S. Wrighta.

Génový drift bol dokázaný v laboratóriu. Napríklad v jednom z experimentov S. Wrighta s Drosophila bolo založených 108 mikropopulácií – 8 párov múch v skúmavke. Počiatočné frekvencie normálnych a mutantných alel boli 0,5. Počas 17 generácií bolo v každej mikropopulácii náhodne ponechaných 8 párov múch. Na konci experimentu sa ukázalo, že vo väčšine skúmaviek sa zachovala iba normálna alela, v 10 skúmavkách sa zachovali obe alely a v 3 skúmavkách bola fixovaná mutantná alela.

V prirodzených populáciách zatiaľ nebola dokázaná prítomnosť genetického driftu. Preto rôzni evolucionisti hodnotia príspevok genetického driftu k celkovému procesu evolúcie rôznymi spôsobmi.

Genetický drift je spojený so stratou niektorých alel a všeobecným poklesom úrovne biodiverzity. Preto musia existovať mechanizmy na kompenzáciu účinkov genetického driftu.

Špeciálnym prípadom genetického driftu je efekt genetického lievika (alebo efekt „úzkeho hrdla“) – zmena frekvencií alel v populácii s poklesom jej veľkosti.

Účinok genetického lievika sa dosahuje prostredníctvom mnohých ďalších EEF.

1. Populačné vlny. Poskytnite prejav účinku genetického lievika včas.

Populačné vlny (vlny života, vlny čísel) sa nazývajú kolísanie počtu prirodzených populácií. Existujú nasledujúce typy populačných vĺn:

1. Aperiodický s vysokou amplitúdou. Charakteristické pre niektoré organizmy s vysokou mierou reprodukcie za priaznivých podmienok a vysokou mortalitou za nepriaznivých podmienok ( r- stratégia). Napríklad v Maybug sa veľkosť populácie môže zmeniť 1 miliónkrát za 5 rokov!

2. Aperiodické a periodické s nízkou amplitúdou. Charakteristické pre niektoré organizmy s nízkou mierou reprodukcie a nízkou mortalitou, bez ohľadu na podmienky ( TO- stratégia).

3. Periodické s vysokou amplitúdou. Nachádza sa v širokej škále organizmov. Často majú pravidelnú povahu, napríklad v systéme „predátor-korisť“. Môže súvisieť s exogénnymi rytmami. Práve tento typ populačných vĺn hrá najväčšiu rolu v evolúcii.

Odkaz na históriu.

Výraz „vlny života“ („Vlna života“) pravdepodobne prvýkrát použil prieskumník juhoamerickej pampy Hudson (W.H. Hudson, 1872–1873). Hudson poznamenal, že za priaznivých podmienok (ľahké, časté prehánky) sa zachovala vegetácia, ktorá zvyčajne vyhorí; z množstva kvetov sa zrodilo množstvo čmeliakov, potom myší a potom vtákov, ktoré sa kŕmili myšami (vrátane kukučiek, bocianov, sov ušatých). S.S. Chetverikov upozornil na vlny života a všimol si, že v roku 1903 sa v moskovskej provincii objavili niektoré druhy motýľov, ktoré sa tam nenašli 30 ... 50 rokov. Predtým, v roku 1897 a o niečo neskôr, došlo k hromadnému výskytu motýľa, ktorý obnažil rozsiahle plochy lesov a spôsobil značné škody na ovocných sadoch. V roku 1901 sa admirálsky motýľ objavil vo významných počtoch. Výsledky svojich pozorovaní načrtol v krátkej eseji „Vlny života“ (1905).

Ak sa v období maximálnej veľkosti populácie (napríklad jeden milión jedincov) objaví mutácia s frekvenciou 10–6, potom pravdepodobnosť jej fenotypovej manifestácie bude 10–12. Ak v období poklesu populácie na 1 000 jedincov náhodou prežije nosič tejto mutácie, frekvencia mutovanej alely sa zvýši na 10–3. Rovnaká frekvencia zostane aj v období následného nárastu počtu, potom bude pravdepodobnosť fenotypového prejavu mutácie 10–6.

2. Izolácia. Poskytuje prejav účinku genetického lievika v priestore.

Vo veľkej populácii (napríklad jeden milión diploidných jedincov) rýchlosť mutácie asi 10–6 znamená, že asi jeden z milióna jedincov je nosičom novej mutantnej alely. V súlade s tým je pravdepodobnosť fenotypového prejavu tejto alely u diploidného recesívneho homozygota 10–12 (jedna bilióntina).

Ak sa táto populácia rozdelí na 1000 malých izolovaných populácií po 1000 jedincoch, potom jedna z izolovaných populácií bude s najväčšou pravdepodobnosťou obsahovať jednu mutantnú alelu a jej frekvencia bude 0,001. Pravdepodobnosť jeho fenotypového prejavu v nasledujúcich nasledujúcich generáciách bude (10 -3) 2 =10 -6 (jedna milióntina). V ultra malých populáciách (desiatky jedincov) sa pravdepodobnosť výskytu mutantnej alely vo fenotype zvyšuje na (10–2) 2 =10–4 (jedna desaťtisícina).

Len vďaka izolácii malých a ultramalých populácií sa teda šanca na fenotypový prejav mutácie v ďalších generáciách tisícnásobne zvýši. Zároveň je ťažké predpokladať, že rovnaká mutantná alela sa objavuje vo fenotype úplne náhodou v rôznych malých populáciách. S najväčšou pravdepodobnosťou bude každá malá populácia charakterizovaná vysokou frekvenciou jednej alebo niekoľkých mutantných alel: alebo a, alebo b, alebo c atď.