Как генетические процессы влияют на популяции: какие способствуют, а какие нарушают стабильность

Перейдя в 11 класс, на уроках биологии начинается изучение природных популяций и всего, что связано с этим. Например, проходят, какие генетические процессы в популяциях бывают и какое влияние они оказывают. Почему большие популяции подчиняются закону Хайди-Вайнберга и чем чреваты отклонения от него? Разберемся также с понятием «генетическая стабильность».

Природные популяции — это группы существ одного вида, живущие в конкретных областях ареала, подходящих им по условиям. Учитывая это, расселение по занимаемой территории не сплошное. В одной группе генотипы существ похожи, но все равно присутствуют отличия.

Как генетические процессы влияют на популяцию

Полиморфные гены — это те, для которых существует несколько аллелей. В разных объединениях даже для одного и того же гена, их набор может существенно отличаться. Они могут находиться в двух состояниях:

• гетерозиготном;
• гомозиготном.

Распределение среди особей одного вида также бывает различным. От количества аллелей и количества типов их размещения зависит, насколько генетически разнообразной будет популяция. Не имеет значения, далеко находится совокупность существ или они соседствуют — мутационные гены могут быть очень разными.

Для изучения генетических процессов в популяциях используют свободное скрещивание. При таком подходе вероятность любого скрещивания одинаковая вне зависимости от того, какие гаметы или какие у них признаки.

Так в начале прошлого столетия Пирсон, английский ученый, который изучал генетические процессы, происходящие в объединениях, вывел закон стабилизирующего скрещивания. Он гласит, что после первого скрещивания, вне зависимости от исходных частот гомо- и гетерозигот, в популяции возникает равновесие. Это происходит только, если у обоих полов исходные частоты аллелей одинаковые.

Практическая значимость закона Харди-Вайнберга

Закон Хайди-Вайнберга — это закон об этом равновесном состоянии. То есть идеальная популяция насчитывает одинаковую частоту генов и генотипов, которая не изменяется многие поколения.

Для медицинской генетики закон Хайди-Вайнберга очень важен. Он позволяет определить, насколько большой существует риск возникновения генетических заболеваний в той или иной группе. Это связано с тем, что у каждой из них свое количество неблагоприятных аллелей, а значит, появляется возможность рассчитать риск рождения больного ребенка, если учесть частоту подобной рождаемости.

В селекции этот закон помогает выяснить, какой генетический потенциал у популяции или другого исходного материала.

Популяционные волны

Популяционными волнами или волнами жизни называют генетические процессы, когда численность особей колеблется. Это происходит из-за таких изменений условий окружающей среды, как:

• наводнение;
• снежные зимы с сильными морозами;
• засуха;
• паразиты;
• наличие врагов;
• дефицит необходимых ресурсов: корма и прочего.

Также численность популяций зависит от урожайности. В плодовитые годы особей в группах может быть значительно больше, но потом происходит существенный спад.

Приведем пример: объединение зайцев увеличивается в урожайный год. Это приводит к появлению большего количества хищников — волков, рысей, чьей пищей те являются. Как результат, численность организмов в группах уменьшается.

Поговорим об особенностях малочисленных групп. Их численность составляет менее 500 организмов. Если такие группы существовали десятилетиями без контакта с другими популяциями своего вида, то на них сильнее влияют случайные факторы, чем естественный отбор. Они как бы выходят на первый план. Случайные изменения в концентрации аллелей внутри группы получили название «дрейф генов».

Что нарушает генетическую стабильность популяции

Генетическая стабильность — это сохранение различных генотипов из поколения в поколение, от родителя к ребенку. Она хорошо отображается в законе Хайди-Вайнберга. Стабильные популяции — это те, у которых есть высокий, но не максимальный биотический потенциал, а также благоприятные, оптимальные условия окружающей среды вокруг.

Если рассуждать о том, что способно вызвать нарушение стабильности в группах, в науке выделяют причины двух видов:

1. Естественные. Это цикличная солнечная активность, геомагнитные отклонения, резкие климатические изменения и другие.
2. Антропогенные. Среди них существенными являются загрязнения среды обитания, истребление особей, уничтожение мест для жизни популяций, заселение видов существ в непривычные или неподходящие для них условиях и прочие.

Разберемся подробнее в том, какие генетические процессы в популяциях нарушают ее стабильность.

Миграции

Миграция — это перемещение организмов из одного местообитания в другое. Это один из факторов нарушения генетической стабильности популяции, но действует он только в случае, если существа отличаются набором генов от той группы, в которую они вступают. Генофонд изменяется с помощью двух процессов:

• интрогрессии генов;
• потока генов.

Интрогрессия генов — это процесс, при котором две и более группы разных видов обмениваются своими генами друг с другом. Ее чаще встречают у растений из-за особенностей, связанных с размножением.

У животных интрогрессия генов встречается реже. Процесс является источником комбинативной изменчивости, который несет в себе меньше эволюционной значимости из-за скрещивания разных видов. Полученные существа не всегда способны выжить в условиях окружающей среды с полученным набором генов, а сами родители разных видов далеко не всегда могут произвести гибрида.

Поток генов — это процесс обмена генами между особями одного вида. Он обеспечивает генетическую стабильность и устойчивость структуры вида, не давая осуществляться дрейфу генов. Носители потока разнообразны, отличаются у подвижных животных, сидячих организмов и растений.

Мутации

Мутации не влияют, как генетический процесс, но тесно связаны с естественным отбором. Любой мутационный процесс сильнее изменяет группу существ. Наследственные изменения вносятся во все из них. Спонтанное мутирование одного гена возникает очень редко. Мутационный процесс бывает двух видов: естественный и искусственный.

Изоляции

Изоляция — это барьеры, которые мешают организмам свободно скрещиваться друг с другом. Она бывает двух видов:

• биологическая;
• пространственная.

Биологическая изоляция происходит на одной территории между объединениями особей, у которых наблюдаются изменения в поведении и различных признаках, мешающих скрещиванию.

Пространственная изоляция способна создать генетическую несовместимость, глубокие внутренние отличия. Это приводит к появлению новых видов организмов.

Изоляция является ненаправленным фактором, нарушающим генетическую стабильность популяции. Она не принимает участие в создании новых внутривидовых форм или генотипов.

Дрейф генов

Дрейф генов — это генетический процесс, заключающийся в случайном изменении концентрации аллелей в группе, которая абсолютно изолирована от других. Он непредсказуем, поэтому способен либо полностью уничтожить небольшую по размеру популяцию, либо увеличить ее приспособленность к условиям окружающей среды в сравнении с родительской группой.

Популяционные волны

Популяционные волны не влияют существенно на генетическую стабильность, так как изменение генофонда происходит и на ее подъеме, и на спаде. От увеличения численности организмов, сливаются отдельные группы, а, соответственно, смешиваются гены. Это приводит к образованию новых видов, потому что первичные генофонды уникальны.

Таким образом, генетические процессы в популяциях бывают разных видов и оказывают индивидуальное влияние на организмы. После разбора понятий «миграции», «дрейф генов», «популяционные волны» и «изоляция» поделитесь своим мнением о том, что из этого, на ваш взгляд, сильнее нарушает генетическую стабильность?