Тли образуют клонально панмиктические популяции

Добавил пользователь Владимир З.
Обновлено: 18.09.2024

Каждый организм, обладая общими для вида чертами, имеет свои, индивидуальные генетические и фенотипические особенности. Внутри любого ареала особи конкретного вида распределены неравномерно, так как есть места благоприятные для обитания и размножения и места менее благоприятные. Именно поэтому вид внутри ареала распадается на более мелкие единицы – популяции, они занимают определенную обособленную часть ареала.

Границы популяций часто совпадают с границами биогеоценозов (озеро, лес, болото, и т. д.). Смешиванию особей соседних популяций может мешать географическая изоляция (река, горный хребет и т. д.), а так же биологическая изоляция (сроки созревания, цветения, различия в строении половых органов, отличия в половом поведении). Пример: в пойме реки длительное время большие участки суши оказываются затопленными водой, на пригорке многие травянистые растения уже успевают отцвести, пока в низине сойдет вода.

Популяция является основной единицей существования, воспроизводства и эволюции вида. Особи одной популяции имеют больше сходства, чем особи разных популяций одного вида. Сорта культурных

растений, породы животных, штаммы микроорганизмов – это искусственно созданные человеком популяции.

Популяция – это многочисленная группа особей одного вида, длительное время живущая на определенной территории (ареал). Члены популяции свободно скрещиваются между собой и дают многочисленное, жизнеспособное потомство.

Крупные животные, как правило, имеют больший ареал по сравнению с ареалами мелких животных, однако, численность последних, как правило, больше.

Популяционный ареал и численность популяции – величины не постоянные, они могут существенно меняться (увеличиваться или сокращаться) даже в связи с сезоном года (сильнейшая засуха, необычайно холодная зима вызывают миграции животных, падёж молодняка и т. п.).

На пространственные и численные размеры популяции сильно влияют: абиотичесие, биотические и антропогенные факторы. При этом приоритетное значение имеют такие параметры как: наличие хищников, паразитов; величина ареала; благоприятные места размножения и др.

Видоспецифичными, динамичными являются возрастной и половой состав популяции. Возрастной состав сильно зависит от продолжительности жизни особей, времени достижения половой зрелости, интенсивности размножения, скорости смены поколений. Так, например, у крупных животных разные возрастные группы (молодняк, половозрелые особи, старые животные) выделяются более четко. В группе мелких насекомых, мелких грызунов сделать это достаточно сложно. Соотношение полов, как правило, составляет 1:1. Важной чертой каждой популяции является возможность свободного скрещивания (панмиксия). В результате свободного скрещивания идет обмен наследственной информацией, но вместе с тем, создается генетическая общность всей популяции – генофонд (совокупность генов данной популяции в конкретный временной период).

В 1908 году, независимо друг от друга, английский математик Дж. Харди и немецкий врач В. Вайнберг смогли выявить некоторые закономерности распределения генных частот в модельной популяции, структура которой на протяжении поколений абсолютно стабильна.

Генные частоты – число доминантных и рецессивных генов одной аллельной пары. Сумма их в данной популяции всегда равна 1 или 100%.

, где p – число доминантных генов А,

q – число рецессивных генов а.

Соотношение генных частот могут быть самыми различными:

0,5А : 0,5а ; 0,7А : 0,7а ; 0,9А : 0,1а ; и т. п.

Следует помнить о том, что в популяции, находящейся в состоянии генетического равновесия, соотношения генных частот по данной аллельной паре в каждом поколении остается постоянным. На графике распределение генных частот в идеальной популяции выглядит как две параллельные прямые горизонтальные линии.

Распределение частот в реальной популяции выглядит иначе: в виде популяционных волн. Дж.Харди – В.Вайнберг использовали и вторую формулу:

р 2 + 2 pq + q 2 =1

Она отражает сумму частот генотипов по данной аллельной паре в популяции. (Распределение соответствует коэффициентам бинома Ньютона второй степени):

р 2 – гомозиготы по доминанте (АА);

2pq – гетерозиготные формы (Аа);

q 2 – гомозиготы по рецессиву (аа).

С помощью этих формул можно расчитать ожидаемые частоты генов, генотипов и фенотипов в поколениях свободноскрещивающихся популяций (панмиктрических популяциях). Основной закон Харди – Вайнберга звучит так:

Частота гомозиготных и гетерозиготных организмов в условиях свободного скрещевания при отсутствии давления отбора (постоянство внешних условий) и других факторов (мутаций, миграций, дрефа генов) остается постоянной, т. е. пребывает в состоянии равновесия.

Условия полного равновесия вряд в природе не встречаются. Поэтому закон Харди – Вайнберга требует соблюдения определенных условий:

· Численность особей природной должна быть непременно большой (бесконечно большой).

· Случайное скрещивание особей (панмиксия) – обязательное условие.

· Относительная стабильность условий среды обитания, когда отдельные мутации не играют никакой роли и особи с разными генотипами обладают одинаковой жизнеспособностью, плодовитостью и возможностью размножения (мутационный прцесс сведен до min).

· Прямые и обратные мутации происходят так редко, что их частотой можно пренебречь.

· Отсутствие миграций со стороны особей других популяций (изоляция от других популяций).

· Учет ведется по одной паре аутосомных аллелей.

Мутационный процесс постоянно увеличивает генетическое разнообразие популяций (полиморфизм). В геторозиготах (Аа) накапливаются рецессивные мутации. Такой скрытый генетический фонд назван мобилизационным резервом внутривидовой наследственной изменчивости. Гетерогенность популяций – важный источник для действия отбора по перестройке вида и приспособления его к меняющимся условиям существования. Процессы адаптивной перестройке внутри вида, преобразование его популяции, а, следовательно, видообразование носит название микроэволюции (к числу основных факторов, формирующих популяцию следует отнести 3: изменчивость, наследственность, естественный отбор. Если все особи популяции будут гомозиготны по конкретному локусу (АА или аа), эволюция по данному локусу невозможна, из поколения в поколение частоты аллелей будут неизменными.

Микроэволюция – эволюционные процессы, протекающие внутри вида и ведущие к образованию новых видов (начальный этап эволюции). Она происходит на основе наследственной изменчивости и под контролем естественного отбора.

Макроэволюция – эволюционный процесс образования их видов, возникших в результате микроэволюции, новых родов их родовых семейств и т. д. Если популяция содержит 2 аллеля в одном локусе, эволюция вполне возможна – частота одного из аллелей может возрастать за счет другого, альтернативного.

Аудиторная работа:

Решение задач, позволяющих определять генетическую структуру популяции.

З а д а ч а 1.

На лугу студенты собрали листья клевера (100 шт.), из них 90 оказались трехлопастными, 10 – с изменением (двухлопастные). Последние представляют собой гомозиготы по рецессивным аллелям – q (аа). Схема записи:

q = 10 = 1 = 0,1; q = √ 0,1 = 0,3 (частота рецес. аллеля) = 30% ,

100 общее 10 p = 1 – q = 1 – 0,3 = 0,7 (частота домин. аллеля) =70%.

число наблюдаемых объектов

р 2 + 2 pq + q 2 =1

Подставляем значения в большую формулу:

0,7 2 + 2*0,7*0,3 + 0,3 2 =

0,49+0,42+0,09=1
49%+42%+9% =100%

Эти цифры указывают на распределение генотипов популяции:

49% - АА – гомозиготные формы по доминантному признаку (трехлопастной лист);

42% - Аа – гетерозиготные формы, с проявлением доминантного признака (трехлопастной лист);

9% - аа - гомозиготные формы по рецессивному признаку (двухлопастной лист).

Примечание: Первоначально было найдено 10 растений из 100, с измененным признаком. По расчету – 9%. Следует помнить – чем больше выборка – тем меньше ошибка, следовательно, 100 объектов наблюдения – недостаточная величина.

До сих пор Вами рассматривались задачи в которых ген, детерминирующий признак, представлен двумя альтернативными формами – доминантным и рецессивным аллелями. Расчет усложняется, когда число аллелей данного локуса более двух (при множественном аллелизме). Если 2 аллеля дают 3 варианта генотипов, то 3 аллеля – уже 6 вариантов генотипов, 4 аллеля - 10.

Пример: У мушки дрозофилы ген, детерминирующий фермент лейцин–амино–пептидазу, представлен тремя разными аллелями La, Lв, Lс. Поэтому в выборочной совокупности (например 500 шт.), мы встретили мух 6 генотипов с разной частотой встречаемости:

№	Генотип	Число особей	Частота каждого генотипа
1	L а L а(гомозиг.)	2	0,004
2	L в L в(гомозиг.)	172	0,344
3	L с L с(гомозиг.)	54	0,108
4	L а L в(гетерозиг.)	38	0,076
5	L а L с(гетерозиг.)	20	0,040
6	L в L с(гетерозиг.)	214	0,428

Всего: 6 генотипов (500 шт.). Используемая ранее формула преобразиться:

p 2 + q 2 + r 2 + 2 pq + 2 pr + 2 qr =1

Для нахождения каждого генотипа необходимо разделить число наблюдаемых особей к общему числу генотипов в выборке.

L а L а = 2 = 0,004

500

L в L в = 172 = 0,344

500

L с L с = 54 = 0,108

500

L а L в = 38 = 0,076

500

L а L с = 20 = 0,040

500

L в L с = 214 = 0,428

500

После того, как будут найдены частоты всех генотипов, необходимо найти частоту аллелей А, В, С. Чтобы найти частоту конкретного аллеля, надо сложить частоту гомозигот по данному аллелю с половинами частот гетерозигот разных типов по тому же аллелю.

Частота аллеля А = частотам гомозигот АА + половина частот гетерозигот АВ и АС.

∑Частота аллеля А = 0,004 + 0,076 + 0,040 = 0,062 (6,2%).

2 2

Аналогично рассчитывают частоты аллелей В и С. Они составят соответственно 0,596 и 0,342. Сумма всех трех частот (А+В+С) должна = 1. 0,062 + 0,596 + 0,342 = 1.

ПОПУЛЯЦИЯ

• Популяция как форма существования вида. • Свойства популяции: численность, плотность, структура, размеры и др. • Динамика развития популяций. • Коэффициент прироста. • Максимальная мгновенная (биотический потенциал) и фактическая скорости прироста. • Экспоненциальная и логистические кривые роста. • Сопротивление среды. • Стратегия развития r- и K - популяций. • Межпопуляционные отношения. • Влияние внутри- и межвидовой конкуренции на пределы выносливости популяции.

ВИД • Живое население планеты представлено разными видами организмов. • Вид – это многочисленная группа сходных особей общего происхождения, которые: ь распространены в определенном ареале ь имеют общие наследственно закрепленные особенности обмена веществ, морфологические признаки, приспособления к существованию в этом ареале. Изначально разделение вида на популяции связано с неоднородностью условий обитания в пределах ареала.

Популяция - группа особей одного вида, находящихся во взаимодействии между собой, совместно населяющих определенное пространство, внутри которого осуществляется та или иная степень обмена генетической информацией.

Что такое популяция? Согласно определению С. С. Шварца, Популяция – это элементарная группировка организмов определенного вида, обладающая всеми необходимыми условиями для поддержания своей численности длительное время в постоянно изменяющихся условиях среды. Станислав Семёнович Шварц 1919 -1976

С позиций современной экологии, Популяция - элементарная единица процесса микроэволюции, поскольку она обладает уникальным и важнейшим для поддержания жизни вида в течение длительного периода качеством – способностью к перестройке своего генофонда в ответ на изменение экологических факторов среды обитания. Популяция является генетической единицей вида. Ее изменения обусловливают эволюцию данного вида.

Классификация популяций Ландшафтно-биотопический подход (Н. П. Наумов) • Географическая: популяция белок в смешанных лесах Беларуси. • Экологические: популяция белок сосновых лесов Заволжья. • Элементарные (локальными, биотопическими, местными) – совокупность особей, занимающих небольшой участок однородной площади. По размерам: Карликовые, обычные, суперпопуляции.

Классификация популяций По способу размножения • Панмиктические: состоят из особей, размножающихся половым путем, для которых характерно перекрестное оплодотворение. • Клональные: состоят из особей, для которых характерно только бесполое размножение. • Клонально-панмиктические - половое размножение сочетается с бесполым.

Одна из соматических клеток (замороженная клетка вымени) уже умершей к тому времени овцы послужила источником генетического материала, который был соединен с половой клеткой (ооцитом) другой овцы. Собственный генетический материал из последней был полностью удален. Сформированная таким образом яйцеклетка, содержащая генетический материал только первой овцы, была выношена овцой- суррогатной матерью. В результате родился ягненок, ставший известным как Долли.

Основные характеристики популяции Являясь групповыми объединениями особей, популяции обладают рядом специфических показателей, которые не присущи отдельно взятой особи. Две группы количественных показателей – статические и динамические. Статические показатели характеризуют состояние популяции на данный момент времени. Динамические показатели характеризуют процессы, протекающие в популяции за какой-то промежуток (интервал) времени.

Основные статические показатели Численность – общее количество особей на выделяемой территории или в данном объеме. Этот показатель популяции никогда не бывает постоянным, зависит от соотношения интенсивности размножения (плодовитости) и смертности. Плотность популяции Определяется количеством особей (либо биомассой) на единице площади или в единице объема, занимаемого популяцией. Например, 150 сосен на 1 га или 0, 5 г циклопов в 1 м 3 воды характеризуют плотность популяции этих видов. Плотность популяции также изменчива, зависит от численности. В случае возрастания последней плотность популяции не увеличивается лишь в том случае, если возможно ее расселение, т. е. расширение ареала.

Основные статические показатели Структура популяции – это определенная организация, формирующаяся, с одной стороны, на основе биологических свойств вида, а с другой – под влиянием абиотических факторов и популяций других видов. Пространственная, возрастная, половая, поведенческая и др.

Пространственная структура § Особи, составляющие популяцию, могут иметь различные типы пространственного распределения, выражающие их реакции на благоприятные и неблагоприятные физические условия или конкурентные отношения. § Случайное , равномерное и групповое распределение особей. Равномерное распределение - особи размещены через более или менее равные промежутки (деревья в зрелом сосновом лесу). Cлучайное распределение - широко представлено среди растений и многих видов животных. Групповое распределение – стаи, колонии, стада. Групповое размещение обеспечивает популяции более высокую устойчивость по отношению к неблагоприятным условиям.

Половая структура популяции – соотношение мужских и женских особей. Соотношение полов в популяции устанавливается по генетическим законам, а затем на него влияет среда. Неравномерное отмирание особей одного пола или, наоборот, их появление в большом количестве в репродуктивный период приводит к изменению других характеристик популяции. Поведенческая структура – система взаимоотношений между членами одной популяции. Особи могут вести одиночный образ жизни и групповой. Полностью одиночного существования организмов в природе нет, так как в этом случае было бы невозможно размножение. При групповом образе жизни животные образуют семьи, колонии, стаи и стада, которые организованы иерархически.

• Возрастная структура популяции – количественное соотношение особей разного вида. Возрастная структура обычно представлена поколениями. • Три основных типа возрастной структуры. • Стабильные популяции - число особей разных возрастов равномерно меняется и носит характер нормального распределения. • Сокращающиеся популяции - преобладают старческие особи. • Растущие популяции - представленные в основном молодыми особями. Жизнеспособность их не вызывает опасений, но велика вероятность вспышек чрезмерно высокой численности особей. Особенно опасно, если такие популяции представлены видами, которые на данной территории ранее отсутствовали.

Основные динамические Рождаемость показатели Определяется как число новых особей, появившихся в единицу времени в результате размножения. В живых организмах заложена огромная возможность к размножению. Она характеризуется биотическим потенциалом , представляющим собой скорость, с которой при беспрерывном размножении (возможном при идеальных экологических условиях существования) особи определенного вида могут покрыть земной шар равномерным слоем. Подсчитано, что бактерии делятся каждые 20 мин. При таком темпе одна клетка за 36 часов может дать потомство, которое покроет сплошным слоем всю нашу планету. 1 одуванчик менее чем за 10 лет способен заселить своими потомками земной шар, если все семена прорастут. В действительности высокая плодовитость организмов никогда не реализуется.

Основные динамические показатели Смертность Количество особей, погибших за определенный период. Три типа смертности. Первый тип – смертность одинакова во всех возрастах; Второй тип - повышенная гибель особей на ранних стадиях развития; Третий тип - повышенная гибель взрослых (старых) особей.

Основные динамические показатели Прирост популяции § Разница между рождаемостью и смертностью; Прирост – положительный и отрицательный. Темп роста § Средний прирост за единицу времени. § Если R 0 среднее число потомков, достигших репродуктивного возраста, производимых одной особью данного вида за всю жизнь (чистая скорость размножения), то при § R 0>1 популяция растущая; § R 0=1 популяция стабильная; § R 0

Генетика популяций (лекция) - раздел Биотехнологии, Формировать умения использовать генетическую символику при решении генетических задач Популяция – Совокупность Особей Одного Вида, Занимающих Определённую Территор.

Популяция – совокупность особей одного вида, занимающих определённую территорию, свободно скрещивающихся друг с другом, имеющих общее происхождение, определённую генетическую структуру и в той или в иной степени изолированных от других таких же совокупностей.

Каждая популяция обладает генофондом и генетической структурой.

1. Генофонд – совокупность генотипов всех особей популяции.

2. Генетическая структура популяции – соотношение в ней различных генотипов и аллелей.

Изучением генетической структуры, закономерностей наследования признаков, динамикой популяции заОсновные понятия популяционной генетики: частота аллелей и частота генотипов.

1. Частота аллели равна доли данной аллели к общему числу аллелей в популяции

2. Частота генотипа равна доли данного генотипа к общему числу генотипов в популяции

нимается популяционная генетика.

Основные понятия популяционной генетики: частота аллелей и частота генотипов.

1. Частота аллели равна доли данной аллели к общему числу аллелей в популяции

2. Частота генотипа равна доли данного генотипа к общему числу генотипов в популяции

Большое влияние на генетическую структуру популяций оказывает способ размножение.

Популяции самоопыляющихся растений и перекрёстноопыляющихся растений резко отличаются друг от друга. В самоопыляющейся популяции с каждым поколением число гомозигот увеличивается, число гетерозигот уменьшается, следовательно постепенно распадается на две генотипические разнородные группы – чистые линии (гомозиготы доминантные и гомозиготы рецессивные).

В популяциях большинства растений и животных, размножающихся половым путём, осуществляется свободное скрещивание, обеспечивающее равномерную встречаемость гамет. Популяцию, в которой наблюдается равновероятная встреча гамет называется панмиктической.

Генетическая структура панмиктической популяции подчиняется закону Харди – Вайнберга.

Закон Харди – Вайнберга(1908 г) :

В идеальной популяции из поколения в поколение сохраняется строго определённое соотношение частот доминантных и рецессивных генов (p + q =1), а также соотношение частот генотипических классов (p² +2pq + q² = 1)

Где p– частота встречаемости доминантного гена А

q - частота встречаемости рецессивного гена а

p² - частота встречаемости гомозигот по доминанте (АА)

2 pq-частота встречаемости гетерозигот (Аа)

q² -частота встречаемости гомозигот по рецессиву (аа)

Условия существования идеальной популяции:

· Популяция состоит из большого числа генов

· Особи в популяции скрещиваются свободно (панмиксия)

· Отсутствует естественный отбор

· Популяция полностью изолирована от других популяций

У человека выделяют три типа популяций

Ø Изоляты – это эндогенные популяции. 1,5 тыс. (труднодоступные районы близкородственные браки больше 90%)

Ø Демы – небольшие популяции от 1,5 тыс. до 4 тыс. (близкородственные браки больше 80%)

Ø Большие популяции(панмиктические) – популяции с населением крупных городов

Генетическая структура популяций. Типы популяций

На всех уровнях организации живой материи (молекулярном, хромосомном, клеточном, организменном) действуют одинаковые, механизмы и законы наследственности и есть факторы, нарушающие эти закономерности и приводящие к изменениям признаков и свойств организмов. Но все виды на Земле существуют в форме не разрозненных особей, а их совокупностей. Группа, или совокупность особей, относящихся к одному виду, заселяющих определенное пространство и имеющих сходные механизмы адаптации к условиям обитания, называется популяцией. Изучением генетических процессов на уровне популяции занимается популяционная генетика.

Генетическая структура популяции самоопыляющихся организмов (сем. злаковых — ячмень, пшеница; сем. бобовых) характеризуется известной степенью гомозиготности особей по ряду генов.Самоопыление, приводя к гомозиготации особей, вовсе не делает популяцию генетически однородной. При самоопылении особей, гетерозиготных по одной паре аллелей, например Аа, в ряду поколений будет постоянно уменьшаться число гетерозигот, по при этом выщепятся по крайней мере две генетически неодинаковые гомозиготные чистые линии: АА и аа. Если учесть, что гомозиготация идет не по одной, а по многим парам аллелей, легко предположить, сколько чистых линий с различной комбинацией гомозигот по каждой паре аллелей может образоваться в популяции. Например, гомозиготация по двум парам аллелей приведет к формированию четырех чистых линий: ААВВ, ААвв, ааВВ и аавв.

ПОПУЛЯЦИЯ

Читайте также: