5 Faktoren, die das genetische Gleichgewicht beeinflussen

Einige der Hauptfaktoren, die das genetische Gleichgewicht beeinflussen und die Variabilität in der Bevölkerung induzieren, sind folgende: (A) Mutationen (B) Rekombinationen während der Geschlechtsreproduktion (C) Genetische Drift (D) Genmigration (Genfluss) (E) Natürliche Selektion .

Nach dem Hardy-Weinberg-Gleichgewichtsgesetz bleibt die relative Häufigkeit von Allelen in der Bevölkerung von Generation zu Generation in einer Population von sexuell reproduzierenden Organismen konstant, wenn

(i) Die Bevölkerung ist groß genug, um einen Stichprobenunfall zu ignorieren

(ii) die Paarung erfolgt zufällig;

(iii) Eine Mutation findet nicht statt, oder wenn dies der Fall ist, ist die Rate in beiden Richtungen gleich

(iv) Alle Mitglieder der Bevölkerung überleben und haben gleiche Reproduktionsraten

Faktoren, die das Hardy-Weinberg-Gleichgewicht beeinflussen:

Es gibt fünf Faktoren, die das genetische Gleichgewicht beeinflussen und die Variabilität in der Bevölkerung induzieren. Diese Faktoren werden als Evolutionsmittel bezeichnet.

(A) Mutationen:

Diese zeichnen sich aus durch:

(i) Dies sind plötzliche, große und vererbbare Veränderungen im genetischen Material.

(ii) Mutationen sind zufällig (unterschiedslos) und treten in alle Richtungen auf.

(iii) Die meisten Mutationen sind schädlich oder neutral. Es wird geschätzt, dass nur eine von 1.000 Mutationen nützlich ist.

(iv) Die Mutationsrate ist sehr niedrig, dh eine pro Million oder eine pro mehrere Millionen genie loci. Die Mutationsrate reicht jedoch aus, um eine erhebliche genetische Variabilität zu erzeugen.

(v) Bestimmte Mutationen sind präadaptiv und treten sogar ohne Exposition in einer bestimmten Umgebung auf. Diese äußern sich und werden nur dann vorteilhaft, wenn sie einer neuen Umgebung ausgesetzt werden, die nur die zuvor aufgetretenen präadaptiven Mutationen auswählt.

Das Vorhandensein von präadaptiven Mutationen in Escherichia coli wurde experimentell von Esther Lederberg (1952) im Replikations-Experiment (im Neo-Darwinismus erklärt) demonstriert.

(vi) Es gibt drei Arten von Mutationen, basierend auf der Menge an genetischem Material (Tabelle 7.15):

(vii) Mutationen sind aufgrund ihres Ursprungs zwei Arten (Tabelle 7.16):

Tabelle 7.16. Unterschiede zwischen spontanen und induzierten Mutationen.

(viii) Bedeutung von Mutationen:

(a) Mutationen erzeugen und erhalten Variationen innerhalb einer Population.

(b) Diese führen auch neue Gene und Allele in einen Genpool ein (Abb. 7.45).

(c) Die Anhäufung von Mutationen über mehrere Generationen hinweg kann zur Speziation führen.

(B) Rekombinationen während der sexuellen Reproduktion:

Bei der Rekombination werden Gene von Chromosomen neu gemischt. Die Chancen der Rekombination liegen eher bei Organismen, die sich einer sexuellen Reproduktion unterziehen, die Gametogenese mit anschließender Befruchtung beinhaltet.

Die sexuelle Reproduktion umfasst Rekombinationen in drei Phasen:

(i) Überqueren (Abb. 7.46):

Es beinhaltet den Austausch von genetischem Material zwischen den Nicht-Schwesterchromatiden homologer Chromosomen.

Der Übergangsmechanismus umfasst folgende Phasen:

(a) Die Synapsis umfasst die Paarung homologer Chromosomen im Zygotin-Stadium der Prophase 1 der Meiose, um Bivalente zu bilden.

(b) Tetradbildung während jedes zweiwertigen Typs wird aus vier Chromatiden im Pachyten-Stadium der Meiose I gebildet.

(c) Chiasmabildung aufgrund des Aufwickelns von Nicht-Schwesterchromatiden homologer Chromosomen, um X-förmige Punkte zu bilden, die als Chiasma bezeichnet werden.

(d) Beim Übergang wird genetisches Material ausgetauscht.

(ii) durch unabhängige Zusammenstellung von Chromosomen:

Während der Metaphase I ordnen sich die Bivalente am Äquator der Spindel in zwei Äquatorialplatten oder Metaphasenplatten an. Während der Anaphase I bewegen sich homologe Chromosomen in Richtung der gegenüberliegenden Pole. Dies wird als Disjunktion bezeichnet und führt zu einer Verringerung der Chromosomenzahl. Variationen treten während der zufälligen Anordnung von Bivalenten während der Metaphase I der Meiose auf.

Die Anzahl der produzierten Rekombinationen hängt von der Anzahl der Bivalente im Organismus ab und wird durch die Formel 2 ^{n angegeben} (wobei n die Anzahl der Bivalente darstellt), z. B. beim Menschen beträgt die Anzahl der möglichen Kombinationen der Gameten 8, 6 × 10 ⁶ (2 ²³ ).

(iii) durch zufällige Befruchtung:

Es beinhaltet die zufällige Fusion von Gameten, z. B. beim Menschen ist die Anzahl der möglichen Arten von Zygoten 70 x 10 ¹² . Es ist so, dass jedes Sperma mit einer beliebigen Kombination von Genen mit einer beliebigen Eizelle mit einer beliebigen Kombination von Genen verschmelzen kann.

Bedeutung:

Aufgrund von Rekombinationen findet zwar nur eine Umstrukturierung bereits vorhandener Charaktere statt und es werden keine neuen Gene produziert, aber es führt zur Umverteilung verschiedener Merkmale auf verschiedene Individuen einer Population. Unterschiedliche Kombinationen bringen Vielfalt in Genotyp und Phänotyp verschiedener Organismen. Rekombination ist also ein Evolutionsmittel.

(C) genetische Drift:

Es ist die zufällige Änderung der Häufigkeit von Allelen, die durch zufällige Fluktuationen auftreten. Es zeichnet sich aus durch:

(i) Es handelt sich um einen binomischen Stichprobenfehler des Genpools, dh dass Allele, die den Genpool der nächsten Generation bilden, eine Stichprobe der Allele der gegenwärtigen Population sind.

(ii) Die genetische Drift beeinflusst immer die Häufigkeit von Allelen und ist umgekehrt proportional zur Bevölkerungsgröße. Daher ist die genetische Drift in sehr kleinen Populationen am wichtigsten, in denen die Inzuchtchancen erhöht sind, was die Häufigkeit von Individuen erhöht, die für rezessive Allele homozygot sind, von denen viele möglicherweise schädlich sind.

(iii) Eine genetische Drift tritt auf, wenn sich eine kleine Gruppe von einer größeren Population trennt und möglicherweise nicht alle Allele besitzt oder sich in der Häufigkeit bestimmter Gene von der elterlichen Population unterscheidet. Dies erklärt den Unterschied zwischen der Inselbevölkerung und der Bevölkerung auf dem Festland.

(iv) In einer kleinen Population kann ein Zufallsereignis (z. B. Schneesturm) die Häufigkeit einer Figur mit geringem Anpassungswert erhöhen.

(v) Genetische Drift kann auch durch den Gründereffekt wirken. Dabei kann die genetische Drift dramatische Veränderungen in den Allelfrequenzen in einer Population bewirken, die aus kleinen Gruppen von Kolonisatoren, sogenannten Gründern, zu einem neuen Lebensraum abgeleitet wird.

Diese Gründer haben nicht alle Allele in ihrer Quellpopulation. Diese Gründer unterscheiden sich schnell von der elterlichen Bevölkerung und können eine neue Art bilden, z. B. die Entwicklung von Darwin-Finken auf den Galapagos-Inseln, die wahrscheinlich von wenigen Gründern stammten.

(vi) Bevölkerungsengpass (Abb. 7.47):

Dies ist eine Verringerung der Allelfrequenzen, verursacht durch eine drastische Verringerung der Bevölkerungsgröße, die als Bevölkerungsabsturz bezeichnet wird, z. Da der gegebene Genpool begrenzt ist, verhindert der Populationsengpass häufig, dass die Art ihren früheren Reichtum wiederherstellt, so dass die neue Population einen stark eingeschränkten Genpool hat als die größere Elternpopulation.

(D) Genmigration (Genfluss):

Die meisten Populationen sind nur teilweise von anderen Populationen derselben Art isoliert. Gewöhnlich tritt zwischen den Bevölkerungen eine gewisse Migrations-Emigration (Abwanderung von Einzelpersonen aus einer Population) oder Einwanderung (Eintritt einiger Angehöriger einer Population in eine andere Population derselben Art) auf.

Durch die Einwanderung werden neue Allele in den vorhandenen Genpool aufgenommen und die Allelfrequenzen verändert. Der Grad der Änderungen der Allelhäufigkeit hängt von den Unterschieden zwischen den Genotypen der Einwanderer und der einheimischen Bevölkerung ab.

Wenn es keine großen genetischen Unterschiede gibt, ändert die Eingabe einer kleinen Anzahl von Migranten die Allelfrequenzen nicht viel. Wenn die Populationen jedoch genetisch sehr unterschiedlich sind, kann eine geringe Einwanderung zu großen Änderungen der Allelfrequenzen führen.

Wenn sich die migrierenden Individuen mit den Mitgliedern der lokalen Bevölkerung (Hybridisierung) kreuzen, können diese viele neue Allele in den lokalen Genpool der Wirtspopulation bringen. Dies wird als Genmigration bezeichnet. Wenn die interspezifischen Hybriden fruchtbar sind, können sie einen neuen Trend in der Evolution auslösen, der zur Bildung neuer Arten führt.

Diese Hinzufügung oder Entfernung von Allelen, wenn Personen eine Population von einem anderen Ort aus betreten oder verlassen, wird als Genfluss bezeichnet. Ein uneingeschränkter Genfluss verringert die Unterschiede zwischen den Genpools und verringert die Unterscheidungskraft zwischen verschiedenen Populationen.

Tabelle 7.17. Unterschiede zwischen Mikroevolution und Makroevolution.

(E) natürliche Auswahl:

(i) Definition:

Der Prozess, durch den vergleichsweise besser angepasste Individuen aus einer heterogenen Bevölkerung von der Natur gegenüber den weniger angepassten Individuen bevorzugt werden, wird als natürliche Auslese bezeichnet.

(ii) Mechanismus:

Der Prozess der natürlichen Selektion funktioniert durch differentielle Reproduktion.

Das bedeutet, dass Personen, die am besten an die Umwelt angepasst sind, länger überleben und sich schneller vermehren und mehr Nachkommen produzieren als diejenigen, die weniger geeignet sind.

So tragen die Bildner einen proportional höheren Prozentsatz von Genen zum Genpool der nächsten Generation bei, während weniger angepasste Individuen weniger Nachkommen produzieren. Wenn die differenzielle Reproduktion über mehrere Generationen andauert, werden die Gene jener Individuen, die mehr Nachkommen produzieren, im Genpool der Bevölkerung vorherrschend (Abb. 7.48):

Aufgrund der sexuellen Kommunikation gibt es einen freien Fluss von Genen, so dass sich die genetische Variabilität, die bei bestimmten Individuen auftritt, allmählich von einem Dem zum anderen, vom Dem zur Bevölkerung und dann zu den benachbarten Schwesternpopulationen und schließlich zu den meisten Angehörigen eines Menschen ausbreitet Spezies. Die natürliche Selektion bewirkt also progressive Veränderungen der Genfrequenzen, dh die Häufigkeit adaptiver Gene nimmt zu, während die Häufigkeit weniger adaptiver Gene abnimmt.

Die natürliche Selektion des Neo-Darwinismus wirkt also als schöpferische Kraft und wirkt durch vergleichenden reproduktiven Erfolg. Die Ansammlung solcher Variationen führt zur Entstehung einer neuen Art.

(iii) Arten natürlicher Selektion:

Die drei verschiedenen Arten der beobachteten natürlichen Selektionen sind:

1. Stabilisierung oder Auswuchtung:

Sie führt zur Eliminierung von Organismen mit überspezialisierten Eigenschaften und erhält eine homogene Population, die genetisch konstant ist. Es begünstigt den durchschnittlichen oder normalen Phänotyp und eliminiert die Individuen mit extremen Ausdrücken. Dabei erwerben mehr Individuen einen mittleren Zeichenwert.

Es reduziert die Variation, ändert aber nicht den Mittelwert. Dies führt zu einer sehr langsamen Entwicklungsrate. Wenn wir eine grafische Bevölkerungskurve zeichnen, ist sie glockenförmig. Die glockenförmige Kurve verengt sich durch den Wegfall extremer Varianten (Abb. 7.49).

Beispiel:

Sichelzellenanämie beim Menschen (Im Neo-Darwinismus erklärt).

2. Richtungs- oder progressive Auswahl:

Bei dieser Auswahl ändert sich die Bevölkerung zusammen mit der Änderung der Umwelt in eine bestimmte Richtung. Während sich die Umwelt ständig verändert, überleben die Organismen, die neue Charaktere erworben haben, und andere werden nach und nach eliminiert (Abb. 7.50).

Dabei werden Individuen in einem Extrem (weniger angepasst) eliminiert, während Individuen in einem anderen Extrem (besser angepasst) bevorzugt werden. Dies führt zu immer mehr angepassten Individuen in der Bevölkerung, wenn eine solche Auswahl über viele Generationen erfolgt. Bei dieser Art von Auswahl erhalten mehr Personen einen anderen Wert als den mittleren Zeichenwert.

Beispiele:

Industrials Melanismus (im Neo-Darwinismus erklärt):

Dabei nahm die Anzahl der hellen Motten (Biston betularia) allmählich ab, während die Anzahl der Melanic-Motten (B. carbonaria) zunahm, was eine gerichtete Selektion ergab.

DDT-resistente Mücken (im Neo-Darwinismus erklärt):

Dabei wurden empfindliche Moskitos beseitigt und die Zahl der resistenten Mücken erhöht. Die Population resistenter Stechmücken nahm also zu und zeigte eine gerichtete Selektion.

3. Störende Auswahl:

Es ist eine Art natürlicher Selektion, die extreme Ausdrücke bestimmter Merkmale bevorzugt, um die Varianz in einer Population zu erhöhen. Sie zerlegt eine homogene Bevölkerung in viele adaptive Formen. Dies führt zu einem ausgewogenen Polymorphismus.

Bei dieser Art von Auswahl erhalten mehr Personen an beiden Enden der Verteilungskurve einen peripheren Zeichenwert. Diese Art der Auswahl ist selten und beseitigt die meisten Mitglieder mit mittlerem Ausdruck, wodurch zwei Peaks in der Verteilung eines Merkmals erzeugt werden (Abb. 7.51).

Beispiel:

Im Meer sind die drei Schneckentypen weiß gefärbt; braun und schwarz sind vorhanden. Die weißen Schnecken sind unsichtbar, wenn sie von Seepocken bedeckt sind. Die schwarzen Schnecken sind unsichtbar, wenn der Stein nackt ist. Braune Schnecken werden von Raubtieren unter beiden Bedingungen gefressen. Diese werden also nach und nach beseitigt.