Становление популяционной генетики
Во времена жизни Чарльза Дарвина (12.02.1809 г. – 19.04.1882 г.) генетики как состоявшейся науки еще не существовало. Однако, напомним, что «отцом» генетики считается монах Грегор Мендель, который еще в 1865 году выступил с докладом «Опыты над растительными гибридами», в котором раскрыл механизм наследования признаков (Законы Менделя). К сожалению, труды Менделя не нашли отклика в научном сообществе его времени. Бурное развитие генетика начала переживать в начале XX века. Важными событиями являются: создание хромосомной теории наследственности, введение понятия «ген», доказательство того, что гены расположены в хромосомах и многое другое. В 1920 году наш соотечественник Николай Иванович Вавилов сформулировал закон гомологических рядов наследственности и изменчивости. Его учение объединило в себе генетику и эволюционное учение. Свое начало такое ответвление генетики как «популяционная генетика» берет во второй половине 1920-х годов.
-
- Грегор Мендель
-
- Чарльз Дарвин
-
- Николай Иванович Вавилов
Генофонд популяции и мутации
У каждой популяции существует свой генофонд, являющийся совокупностью генотип всех особей популяции. Генетический материал популяций не является чем-то абсолютно стабильным, он претерпевает изменения, так как существует мутационный процесс. Мутации воспринимаются людьми исключительно как нечто страшное и ужасное, однако именно мутации поставляют материал для эволюции. Развитие невозможно без изменений.Исходя из термина «популяция» ясно, что данная совокупность особей обитает на каком-то отдельном участке земли (ареале). Например, популяции могут быть разделены каким-то объектом ландшафта. Это может быть река, цепь гор, болото и т.д. В таком случае мы наблюдаем географическую изоляцию. Особи внутри популяции свободно скрещиваются, дают плодовитое потомство.
Пример географической изоляции популяций
Сергей Сергеевич Четвериков
Периодически возникают мутации, которые тоже передаются по наследству. Не все мутации негативно сказываются на организме или являются летальными. Большинство из них рецессивны. Русский ученый Сергей Сергеевич Четвериков доказал, что подавляющее большинство мутаций в гомозиготном состоянии снижают жизнеспособность особей. Это связано с тем, что особи уже достаточно приспособлены к условиям окружающей среды. Какие-то масштабные изменения скорее понизят их шансы на выживание, чем повысят их. Однако, в популяциях существуют аллели генов, которые в этом месте и в это время нейтральны. Не стоит забывать, что признак все равно передается по наследству. Позже, если в окружающей среде произойдут изменения, именно эти аллели могут стать полезными. В такой ситуации действие естественного отбора повысится, преимущество будет у особей с этим «подходящим» аллелем генов, который когда-то был, в целом, бесполезен. Так признак закрепится в популяции. Этот механизм является основой адаптации. Таким образом, генофонду тоже свойственна изменчивость.
Изменения в генофонде популяции
Особи могут скрещиваться не только внутри одной популяции. Например, объект, который отделял одну популяцию от другой, перестал выполнять эту функцию. Как вариант, пересохла река. Теперь особи двух популяций могут обменяться генетическим материалом. Такой обмен, частота мутаций и давление естественного отбора определяют частоту встречаемости разных аллелей генов. Несмотря на такое многообразие факторов, в генофонде популяции существует равновесие. При условии, что окружающая среда стабильная, а численность популяции высока (так не происходит близкородственного скрещивания). Изменения в генофонде могут носить как направленный, так и ненаправленный (случайный) характер. В результате дрейфа генов могут даже образовываться новые виды.
Дрейф генов
Как правило, изменения случайны. Примером может быть описанный выше вариант со скрещиванием двух популяций, которых больше ничего не разделяет. Также ненаправленные изменения вносят катастрофы и природные катаклизмы, в результате которых часть популяции гибнет, а генофонд, соответственно, сокращается. Выживают особи, которые более приспособлены к новым условиям. Таким образом, одни аллели генов могут практически исчезнуть, а другие повысить частоту встречаемости, по сравнению с генофондом популяции до события. Такое ненаправленное изменение генофонда называется дрейфом генов. Со временем изменения станут носить направленный характер, то есть сохраняться в популяции будут наиболее жизнеспособные особи, которые имеют аллели генов, полезные для нынешних условий среды.