Пример решения задачи популяционной генетики.

Дано: один альбинос (аутосомно-рецессивный тип наследования) приходится на 10000 людей с нормальной пигментацией.

Найти: на сколько людей приходится 1 скрытый носитель гена альбинизма.

Решение: частота q²–рецессивных гомозигот (аа) известна из условия задачи: q²=1:10000=0,0001, необходимо найти частоту гетерозиготных носителей Х=2pq. Зная q², можно найти частоту рецессивного аллеля q:

q = √q²= √0,0001 = 0.01

Теперь, зная q, можно найти частоту доминантного аллеля p

p = 1-q = 1-0,01 = 0,99

Зная p и q, можно найти частоту гетерозиготных носителей Х=2pq

Х = 2pq=20,99 • 0,01 = 0,0198 = 0,02 или 2%.

Если 2 человека из 100 являются носителями аллельного гена альбинизма, тогда 1 носитель приходится на 50 человек.

Такие вычисления показывают чрезвычайно высокую частоту рецессивных генов в популяции при относительно редких случаях проявления наследственных заболеваний в фенотипе. Считается, что каждый человек имеет минимум 8 крайне нежелательных рецессивных генов, подавленных их нормальными аллелями.

В нацистской Германии проводились в жизнь "евгенические" программы (евгеника – наука об улучшении человеческой породы), основанные на физическом уничтожении лиц, страдающих наследственными болезнями. Несостоятельность таких способов улучшения человеческой породы ясна из закона Харди-Вайнберга. Поскольку большая часть нежелательных рецессивных генов скрыта в гетерозиготных организмах, то даже поголовное уничтожение всех выявленных рецессивных гомозигот практически не изменит числа больных в следующем поколении. Для тотального улучшения генофонда нации требуется уничтожение всех людей по обвинению в носительстве десятка дефектных генов.

Среди дефектных генов существуют летальные, которые в гомозиготном рецессивном состоянии приводят к гибели их обладателя, например, от образования внутренних спаек легких. Большая часть самопроизвольных абортов обусловлена именно летальными генами. Процент этих абортов не снижается по той же причине, что и частота наследственных болезней.

Часть дефектных генов определяет относительно стабильный процент лиц с атипичной реакцией на лекарственные средства.

На наше счастье, большая часть новых мутаций делает испорченные гены рецессивными по отношению к нормальным доминантным аллелям. Новые дефектные рецессивные гены долго (много поколений) не проявляются в популяции. Однако, в каждом следующем поколении суммируются старые и новые мутации. Возрастание такого генетического груза, пополняющегося особенно интенсивно в наше время (рост мутагенных факторов), ведет популяции к вырождению.

Генетическое вырождение людей усугубляется ослаблением естественного отбора в связи с успехами современной медицины. Альтернативой этому процессу могут быть только целенаправленные вмешательства в геном, но генная инженерия человека пока в зачаточном состоянии.

Адаптация вида (микроэволюция) – это процесс приспособления популяций к изменившимся условиям существования.

Новые сочетания генов, которые возникают преимущественно на базе комбинативной изменчивости при половом размножении, определяют уникальные фенотипы отдельных особей. Особи с неудачными (в данных условиях среды обитания) комбинациями генов и проявившимися испорченными генами, удаляются (элиминируются) из популяции, но это в соответствии с законом Харди-Вайнберга практически не снижает риск появления таких же особей в следующем поколении.

В реальных популяциях, имеющих ограниченные размеры, давление некоторых факторов среды обитания может приводить к исчезновению или значительному снижению части аллельных генов. Представьте аллельный ген, который встречается с частотой 0,01, т.е. у одного человека из 100. Если размер популяции достаточно велик (несколько миллионов особей), то случайная смерть такого человека, никак не скажется на генофонде этой популяции. Такие аллели будут тиражироваться в следующих поколениях. Если обладатель такого аллеля живет в замкнутой общине (несколько сотен), изолированной от человечества географически или социально, например, религиозный запрет на брак с иноверцами, то смерть такого человека будет означать для его популяции потерю аллеля и обеднение генофонда. Внешне это выражается в постепенном выравнивании фенотипов и росту числа больных наследственными заболеваниями.

История знает случаи вырождения династий египетских фараонов вследствие узости круга лиц, которым позволяли вступать в брак. Можно сказать, что фараоны жили в малочисленной популяции. В этом случае неизбежны близкородственные браки, ведущие к вырождению. Механизм такого вырождения сводится к увеличению коэффициента инбридинга.

Инбридинг, или близкородственное скрещивание, неизбежно сопровождается снижением жизнеспособности популяции – инбредной депрессией. При этом большая часть генов переходит в гомозиготное состояние, что манифестирует груз наследственных болезней (рис. 1).

Рисунок 1. Механизм инбредной депрессии.

отец-здоровый носитель мать-здоровый носитель

дефектных генов bce дефектных генов a g

A│ │A A│ │a

B│ │b B│ │B

C│ │c C│ │C

* * ────────────┬────────── * *

D│ │D │ D│ │D

E│ │e │ E│ │E

F│ │F ┌──────┴─────┐ F│ │F

G│ │G │ │ G│ │g

возможный генотип детей (оба здоровые

носители дефектных генов-a,b,c,e,g)

сын дочь

│A │a │A │a

│b │B │b │B

│c │C │c │C

инбридинг * * ─┐ + ┌─ * *

("кровосмешение") │D │D │ │ │D │D

│e │E │ │ │e │E

│F │F │ │A │A │ │F │F

│G │g │ │b │b │ │G │g

│ │c │c │

└ * * ┘

│D │D

│e │e

│F │F

│G │G

больной ребенок, имеющий

дефектные гены bb, cc, ee

в гомозиготном рецессивном

состоянии

Чем ближе родство лиц вступающих в брак, тем выше коэффициент инбридинга и риск рождения больных детей. Замкнутая ограниченная популяция неизбежно повышает средний коэффициент инбридинга, что ведет к ускорению темпов вырождения.

При отдаленном скрещивании – аутбридинге наблюдается прямо противоположная картина – гетерозис – или "гибридная сила". При гетерозисе заметно улучшается качество потомства. Если родители принадлежат к разным популяциям, то они имеют не совпадающий генетический груз. Другими словами, в первой популяции дрейфуют одни наследственные болезни, во второй – другие. При этом дефектные рецессивные аллели первой популяции разбавляются и маскируются нормальными доминирующими генами второй популяции.

Гетерозис и последующий инбридинг широко применяют при селекционной работе с растениями и животными. На первом этапе используют отдаленную гибридизацию (гетерозис), получают высококачественное потомство, а затем путем инбридинга переводят удачные сочетания генов в гомозиготное состояние. При этом, конечно, некоторые особи рождаются с наследственными заболеваниями и их отбраковывают. Из тех особей, которым "повезло" (полезные сочетания генов перешли в гомозиготное состояние, а наследственные болезни не проявились), формируют новую породу животных или сорт растений.

Аналогичные процессы происходят в любых реальных популяциях. При этом в зависимости от влияния факторов конкретной среды обитания популяции теряют разные аллельные гены и начинают значительно отличаться друг от друга. Постепенно различия становятся препятствием к свободному скрещиванию с особями других популяций. Если скрещивание происходит, то потомство оказывается бесплодным (мулы и лошаки – гибриды лошадей и ослов, лигры - гибриды тигров и львов). На субклеточном уровне это проявляется в невозможности нормальной конъюгации гомологичных хромосом при гаметогенезе гибридов. Прекращение свободного скрещивания с появлением плодовитого потомства означает образование нового вида. Лошади и ослы действительно могли иметь общих предков, но не более примитивного, а с большим спектром аллельных генов.

Помимо гипотезы о комбинативной изменчивости с выбраковкой наиболее испорченных особей, еще одним механизмом адаптации видов к изменяющимся условиям среды обитания считается "теория эволюции". Современный неодарвинизм – это оптимистическая гипотеза. Она основана на классических представлениях об отборе особей, имеющих новые. полезные приспособления, возникшие благодаря "положительным мутациям". Положительные мутации считают молекулярной основой прогрессивных изменений и эволюции в целом. Главной проблемой этой гипотезы является противоречие с математикой из-за крайне низкой вероятности случайного возникновения новых полезных изменений генотипа. Положения неодарвинизма имеют смысл только при допущении акта разумного целенаправленного вмешательства в генетический код.

Длительное время важнейшим аргументом в пользу быстрой и целесообразной эволюции признавался факт "привыкания" микроорганизмов к лекарственным препаратам – сульфаниламидам и антибиотикам. Опыт Ледербергов показал, что это не так: на чашки Петри с питательной средой, содержащей смертельную дозу антибиотика, специальным штампом внесли отпечатки нескольких тысяч колоний бактерий, которые ранее не встречали этот антибиотик и все "должны" были погибнуть. Однако, нашли штаммы бактерий, которые были устойчивы к антибиотику и дали рост колонии микроорганизмов. При достаточно большом числе исследуемых штаммов всегда находятся устойчивые к антибиотикам. Таким образом, доказана предадаптация микробов к антибиотикам. Постепенное снижение эффективности новых противомикробных средств объясняют постепенным отбором устойчивых и вымиранием чувствительных к антибиотикам микробных штаммов.

Опыт Ледербергов показал несостоятельность доказательства гипотезы о "положительных" мутациях на основе факта появления устойчивости бактерий к действию антибиотиков.

Дата добавления: 2019-09-08; просмотров: 194; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 1 234 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!