Популяцією називають сукупність живих організмів одного виду, які частково або повністю ізольовані від своїх побратимів. У цій статті ми розглянемо головне її "багатство", причину особливості. А саме відповімо на питання про те, що таке генофонд популяції. Змінюється він і чому? Впливають на нього рушійні сили еволюції? Чому генофонды популяцій одного виду різнорідні? Почнемо з визначення поняття.
Що таке генофонд популяції?
Генний пул, пул генів (він же - генофонд) - одне з основних понять популяційної генетики. Воно позначає всі безліч алелей (варіацій одного і того ж гена) певної ізольованої групи живих організмів.
Дізнавшись, що таке генофонд популяції, читач запитає: "А для чого популяції потрібно це різноманіття алелів?" Це необхідно для більш оптимального її пристосування до навколишнього середовища. Сьогодні відсоток виживання вищий у воробйов коричнюватого забарвлення, а завтра умови зміняться, і більше шансів буде у сіруватих птахів. Поодинокі особини загинуть, але популяція залишиться жити завдяки рятівному гену.
Зазначимо, що обмін генами характерний не тільки для представників однієї популяції, але і цілого виду, т. к. ізоляція між ними не абсолютна. Тому можна говорити і про генофонд виду.
Походження поняття
Вперше розповів світу, що таке генофонд популяції, в 1928 році радянський генетик А. С. Серебровський. Саме він і сформував концепцію цього явища. А назва "генофонд" було вибрано, щоб підкреслити, що багатство варіацій генів - це найцінніше для біологічного світу.
В західній науці поняття з'явилося завдяки Ф. Р. Должанському. Англійською воно звучить як gene pool.
Види і особливості генофондів
Всі популяції, виходячи з предмета нашої розмови, можна поділити на два типи:
Мономорфние - існує тільки одна алель гена. Поліморфні - спостерігається в корені інша ситуація. У гена кілька різних варіацій. Якщо ми розглядаємо вид, у якого набір хромосом більше одного, то загальне число алелів буде перевищувати кількість організмів в групі. У більшості ж випадків членів популяції більше, ніж генних варіацій. При сильному інбридингу (схрещування близькоспоріднених організмів у межах однієї популяції) можна спостерігати мономорфние групи організмів всього з одним аллелем.
Показник обсягу генного пулу - це ефективна величина популяції (N e ). Чим вона вища, тим масштабніше генофонд. Але наскільки це корисно популяції? Все залежить від умов навколишнього середовища. Якщо вони постійно змінюються, то більше шансів у популяції з багатим пулом генів. Вона набагато швидше пристосується до нового життя, ніж в іншій групі з'явиться потрібна алель в результаті мутацій. А ось якщо умови життя досить стабільні, то тут "в плюсі" популяція з меншим генним пулом - нижче імовірність, що з'являться на світ особини з "невдалим" генотипом, чий шанс на виживання, відтворення потомства дуже малий.
Популяція та еволюція
Зміна генофонду популяцій - це зміна генофонду виду. Адже саме вона, а не окрема особина, - одиниця еволюції. Популяція є цілісним стійким утворенням, якому притаманні наступні особливості:
Знаходження у відносній ізоляції, яка не дозволяє вільно обмінюватися спадковою інформацією з іншими групами виду. Вільно скрещиваясь між собою, особини формують генофонд популяції (на уроці 11 класу "Генофонд" докладно розбирається це питання). Відбувається постійний обмін генами: залишаються лише ті, що проходять випробування природним відбором. Саме вони - багатство генофонду популяції. Існує на певній території кілька років. За цей час змінюється чимале число поколінь, що дає можливість для еволюційних процесів. Популяція та рушійні еволюційні сили
Розглянемо вплив рушійних сил еволюції на генофонд популяції. Мутації . У звичайних умовах виявляються досить рідко. Їх провокує радіоактивне, ультрафіолетове випромінювання, хімічні компоненти, ряд інших факторів. Шкідливі в одних умовах мутації можуть стати надзвичайно корисними в інших, тому це дуже цінне явище для популяційного генофонду. У переважній кількості вони рецесивні, тому проявляються у фенотипі тільки в гомозиготному стані. Якщо ж мутація доминантна, то її ознаки можна побачити вже у першого покоління. "Хвилі життя" (популяційні хвилі) . Істотні коливання чисельності представників популяції. Іноді причини цього природні (наприклад, збільшення числа комах навесні і зменшення восени), іноді викликані природними катастрофами. "Хвилі життя" також впливають на зміну генофондів популяцій (в 11 класі розглядається на уроках біології), т. к. впливають на напрямок та інтенсивність природного відбору. Дрейф генів . Випадкове зміна в невеликій популяції частот алелей. Наслідком може стати зникнення рецесивних генів, збільшення числа гомозиготних особин, поява рідкісних для виду генних варіацій. Його зумовлюють різні чинники - ізоляція, популяційні хвилі, мутації. Ізоляція . Поділяється на географічну (наявність будь-яких просторових бар'єрів) і біологічну (обмеження або усунення можливості схрещування між особинами одного виду - різні сезони спарювання, інше поведінку у шлюбний період). Перешкоджаючи вільному схрещування особин різних популяцій, ізоляція посилює генетичні відмінності між ними.
При цьому важливо відзначити, що ізоляція не сприяє збагаченню генофонду новим матеріалом, виникнення інших генотипів. Всі перераховані нами фактори діють стихійно. Якщо в результаті їх впливу відбулася зміна генофонду популяцій (на уроці в 11 класі учитель докладно пояснює це явище), то це чисто випадковий результат. Спрямоване дію лише у однієї рушійної сили еволюції - природного добору. Саме він сприяє виживання найбільш пристосованих, зберігаючи їх генотипи в загальному пулі популяції. Звідси ми можемо розділити причини зміни генофонду популяцій на дві гілки - випадкові і спрямовані. Розглянемо їх докладніше.
Випадкові причини зміни генофонду
Отже, що ми можемо виділити тут:
Міграції частини особин в інше місце проживання. Їх генофонд вже не буде в точності повторювати "батьківський" в силу того, що генотипи цих представників не включають в себе все різноманіття алелів. Можуть поширитися рідкісні гени, пройти якісно нові мутації. Популяція була розділена природним або штучним бар'єром. Тут генофонды також через деякий час стануть якісно іншими, не схожими ні з колишнім, ні один з одним. Факт природної катастрофи. Загальний фонд буде складатися вже з випадково підібраних генотипів невеликої групи залишилися в живих. При цьому деякі мутації можуть і зовсім зникнути, а інші широко поширитися. Несприятливі умови, які породжують масову загибель особин. Втрачаються деякі гени, в т. ч. і рідкісні, які, можливо, і стали причиною меншої жизнеприспособленности. Періодичні коливання чисельності. Наприклад, пул популяції комах навесні складається з генотипів особин, яким вдалося пережити зиму. Звідси ми бачимо, що дія випадкових факторів на генний пул негативно - вони збіднюють його. Але в результаті виникає дуже життєздатна якісно інша популяція зі своїм своєрідним генофондом.
Спрямована причина зміни генофонду
Сюди ми віднесемо тільки один фактор - природний добір. Він сприяє збільшенню частот найбільш корисних для певних умов генів і зменшення непотрібних, шкідливих для даної локації. Тому він збагачує генофонд, будучи своєрідним "санітаром". Природний відбір змінює фенотипом особин, їх поведінку, зовнішній вигляд, спосіб життя. Мета цих змін - найбільша пристосованість до певних умов життя.
Причини відмінності популяцій
З усього вищесказаного легко виокремити причини розходження генофондів ізольованих популяцій одного виду:
Різні умови життя. До якимось факторам краще пристосовуються особини з одним генотипом, до якихось - з іншим. Різні напрямки мутагенезу. Де-то може станеться одного виду мутація, десь- іншого. В одному випадку вона доминантна, в іншому рецессивна. Явище кросинговеру - обміну ділянками хромосом. Насамперед відмінність генофондів обумовлює ізольованість. Якісь зміни накопичуються, успадковуються, все більш віддаляючи популяції однієї видової категорії подібності.
Можлива стабільність генофонду популяції?
Може генофонд популяції не бути мінливим, рухомим? Теоретично так. Підтверджує це відомий закон Харді-Вайнберга: по закінченні певного періоду частоти генів досягають рівноваги, і далі вже загальний фонд залишається незмінним. Однак для такої стабільності необхідно дотримання ряду умов:
Відсутність міграції особин з певними генотипами. Нескінченно велика чисельність популяції. Тільки випадкове схрещування. Сталість умов проживання. Проте в реальному світі дотримання всіх цих умов практично неможливо, чому змін популяційного генофонду не уникнути. Стабільність можна створити лише штучно. Ми розібралися, в чому причина відмінності генофондів ізольованих популяцій. А також дізналися, що таке генний пул взагалі, які причини (в т. ч. і рушійні сили еволюції) впливають на його зміну.
