III. Закрепление знаний – решение задач с использованием закона Харди–Вайнберга
Урок 1. Микроэволюция. Закон Харди–Вайнберга
I. Проверка домашнего задания по теме «Популяционная структура вида. Географическая изменчивость в пределах ареала вида»
Работа по карточкам
1. По обе стороны Уральского хребта южнее Екатеринбурга в степях обитают зайцы-русаки. Хотя территории их обитания разделяют горные леса, зайцы внешне неразличимы, а при встречах (южнее Урала) дают плодовитое потомство. Определите, какие формы существования вида составляют эти зайцы? 2. В двух озерах, которые между собой не сообщаются, живут следующие виды рыб: карась, плотва, лещ, язь, судак. Определите, сколько популяций рыб живет в первом озере? Сколько популяций рыб живет во втором озере? Сколько видов рыб живет в двух озерах? Сколько популяций рыб живет в двух озерах? 3. Единицей эволюции считается популяция, а не отдельная особь. Но причиной изменчивости генофонда популяции считают изменение генотипов особей. Объясните, почему.
Устная проверка знаний по вопросам:
1) популяционная структура вида; 2) географическая изменчивость в пределах ареала вида и ее причины; характеристика морфологического критерия вида; 3) клины и подвиды; 4) гибридные зоны и географические изоляты.
II. Изучение нового материала
1. Понятие микро- и макроэволюции.
Эволюция, идущая на уровне ниже вида (подвиды, популяции) и завершающаяся видообразованием, называется микроэволюцией (эволюция популяций под действием естественного отбора). Микроэволюционные явления и процессы нередко совершаются в относительно небольшие сроки и поэтому доступны для непосредственного наблюдения. Эволюция на уровне систематических единиц выше вида, протекающая миллионы лет и недоступная непосредственному изучению, называется макроэволюцией. Процессов макроэволюции мы непосредственно не видим, но можем наблюдать их результаты: современные организмы и ископаемые остатки живших ранее существ. Термины «микроэволюция» и «макроэволюция» ввел в биологию русский генетик Ю.А. Филиппченко в 1927 г. Эти два процесса едины, макроэволюция является продолжением микроэволюции. Исследуя движущие силы микроэволюции, можно объяснить1 и макроэволюцию. На уроках мы занимаемся изучением микроэволюционных процессов.
2. Введение в популяционную генетику.
На стыке классического дарвинизма и генетики родилось целое направление – популяционная генетика, занимающаяся изучением эволюционных процессов в популяциях. Дело в том, что в 20-е гг. XX в. между генетикой и эволюционной теорией Дарвина возникло разногласие. Высказывались мнения о том, что генетика отменила якобы устаревший дарвинизм. Наши отечественные ученые первыми поняли значение сравнительно мелких объединений особей, на которые распадается население любого вида, – популяций. В 1926 г. С.С. Четвериков (1880–1959) написал свою главную работу «О некоторых моментах эволюционного процесса с точки зрения современной генетики». Четвериков доказал, что расширение знаний о природе наследственности, наоборот, укрепило и развило дарвинизм. Выход в свет его работы дал начало синтетической теории эволюции, объединившей генетику и учение Дарвина, – эволюционной генетике. Популяционная генетика в первую очередь занимается выяснением механизмов микроэволюции.
3. Популяция и генофонд.
Главное начало, объединяющее особей в одну популяцию, – имеющаяся у них возможность свободно скрещиваться между собой – панмиксия (от греч. пан – все и миксис – смешивание). Возможность скрещивания, доступность партнера внутри популяции при этом обязательно должна быть выше, чем возможность встретиться двум особям противоположного пола из разных популяций. Панмиксия обеспечивает возможность постоянного обмена наследственным материалом. В результате формируется единый генофонд популяции. Генофонд (от греч. генос – рождение и лат. фонд – основание, запас) – совокупность генов, которые имеются у особей данной популяции (термин введен в биологию в 1928 г. А.С. Серебровским).
4. Частота (концентрация) генов и генотипов.
Важнейшая особенность единого генофонда – его внутренняя неоднородность. Генофонд популяции может быть описан либо частотами генов, либо частотами генотипов. Предположим, что нас интересует какой-либо ген, локализованный в аутосоме, например ген А, имеющий два аллеля – Аи а. Предположим, что в популяции имеется N особей, различающихся по этой паре аллелей. В популяции встречаются три возможных генотипа – АА; Аа; аа. Введем следующие обозначения: Д – число гомозигот по доминантному аллелю (АА); Р – число гомозигот по рецессивному аллелю (аа); Г – число гетерозигот (Аа). Общее число аллелей Аможно записать как 2Д + Г, тогда частота встречаемости доминантного аллеля А(обозначается латинской буквой «р») будет равна: р = (2Д + Г) / N, где N – число особей. Частота встречаемости рецессивного аллеля обозначается буквой «g». Ее можно определить, исходя из того, что сумма частот встречаемости аллелей равна единице. Отсюда частота рецессивного аллеля: g = 1 – р. Таким образом, мы познакомились с формулами, по которым можно вычислить частоты встречаемости аллелей в генофонде популяции. А каковы частоты встречаемости трех возможных генотипов? На этот вопрос отвечает закон Харди–Вайнберга.
5. Закон Харди–Вайнберга о равновесном состоянии популяций.
Закон о частотах встречаемости генотипов в генофонде популяции был сформулирован независимо друг от друга английским математиком Дж.Харди и немецким генетиком Г.Вайнбергом. Предположим, что самцы и самки в популяции скрещиваются случайно. Образование особей с генотипами АА обусловлено вероятностью получения аллеля Аот матери и аллеля Аот отца, т.е.: р х р = р2 . Аналогично возникновение генотипа аа, частота встречаемости которого g2. Генотип Ааможет возникнуть двумя путями: организм получает аллель Аот матери, аллель аот отца или, наоборот, вероятность того и другого события равна р х g, а суммарная вероятность возникновения генотипа Ааравна 2рg. Таким образом, частоту трех возможных генотипов можно выразить уравнением: (р + g)2 = р2 + 2рg + g2 = 1, в котором р – частота встречаемости аллеля А; g – частота встречаемости аллеля а; g2 – частота встречаемости генотипа аа; р2 – частота встречаемости генотипа АА; рg – частота встречаемости генотипаАа. Таким образом, если скрещивание случайно, то частоты генотипов связаны с частотами аллелей простым уравнением квадрата суммы. Приведенная выше формула получила название уравнения Харди–Вайнберга. Предположим, что в популяции р = 0,7А, g = 0,3а, тогда частоты встречаемости генотипов будут равны (0,7 + 0,3)2 = 0,49 + 0,42 + 0,09 = 1. Интересно, что в следующем поколении гаметы с аллелем Абудут вновь возникать с частотой 0,7 (0,49 отАА+ 0,21 от Аа), а с аллелем а– с частотой 0,3 (0,09 от аа+ 0,21 от Аа), т.е. частоты генов и генотипов остаются неизменными из поколения в поколение – это и есть закон Харди–Вайнберга.
6. Условия выполнения закона Харди–Вайнберга.
В полной мере закон Харди–Вайнберга применим к «идеальной популяции», которая характеризуется следующими признаками:
– бесконечно большие размеры; – неограниченная панмиксия; – отсутствие мутаций; – отсутствие иммиграции особей из соседних популяций; – отсутствие естественного отбора.
В природных популяциях ни одно из этих условий не соблюдается, поэтому и закон Харди–Вайнберга носит условный характер. Тем не менее он реально отражает тенденции в характере распределения частот тех или иных аллелей и генотипов.
III. Закрепление знаний – решение задач с использованием закона Харди–Вайнберга
1.Рассчитать состав идеальной популяции, если генотипом аав ней обладает 1 особь из 400.
Решение
1) g2 = 1/400 (частота гомозиготного генотипа по рецессивному аллелю);
2) частота рецессивного аллеля абудет равна: g = , т.е. 1 часть (один аллель) из 20;
3) частота доминантного аллеля будет равна: 20 – 1 = 19;
4) состав популяции: (р + g)2 = р2 + 2рg + g2. (19 + 1)2 = 192 АА+ 2 х 19 Аа+ 12 аа= 361 АА+ 38 Аа+ 1 аа.
Ответ: 361 АА: 38 Аа: 1 аа.
2. В популяции беспородных собак г. Владивостока было найдено 245 коротконогих животных и 24 с ногами нормальной длины. Коротконогость у собак – доминантный признак (А), нормальная длина ног – рецессивный (а). Определите частоту аллелей Аи аи генотипов АА, Ааи аав данной популяции.
Решение
1) Общее количество собак – 245 + 24 = 269. Генотип собак с ногами нормальной длины – аа, частоту аллеля а(в долях единицы) обозначаем буквой «g». Тогда частота генотипа аа= g2. g2 = 24/269 = 0,092 Частота рецессивного аллеля:
2) Определяем частоту доминантного аллеля А, т.е. р: р = 1 – g = 1 – 0,3 = 0,7
3) Определяем частоту генотипа АА, т.е. р2: р2 = 0,72 = 0,49
4) Определяем частоту гетерозигот, то есть 2рg: 2рg = 2 х 0,7 х 0,3 = 0,42
5) Рассчитываем количество собак разных генотипов: определяем сумму частот доминантных гомозигот и гетерозигот: 0,49 АА+ 0,42 Аа= 0,91; определяем количество собак с генотипом АА: 245 особей – 0,91 x особей – 0,49, x = 132 особи; определяем количество собак с генотипом Аа: 245 особей – 0,91 x особей – 0,42, x = 113 особей
Ответ: 132 АА: 113 Аа: 24 аа
3. В популяциях Европы из 20 000 человек один – альбинос. Определите генотипическую структуру популяции.
Решение
1) Находим частоту рецессивных гомозигот (g2) в долях единицы: g2 = 1/20 000 = 0,00005, тогда частота рецессивного аллеля асоставит:
2) Определяем частоту доминантного аллеля А: р = 1 – 0,007 = 0,993
3) Определяем частоту генотипа АА, то есть р2: р2 = 0,9932 = 0,986
4) Определяем частоту генотипа Аа, то есть 2рg: 2рg = 2 х 0,993 х 0,007 = 0,014
5) Расписываем генотипическую структуру популяции европейцев: 0,986 АА: 0,014 Аа: 0,00005 аа, или в расчете на 20 000 человек: 19 720 АА: 280 Аа: 1 аа
Ответ: 0,986 АА: 0,014 Аа: 0,00005 аа, или 19 720 АА: 280 Аа: 1 аа3
IV. Домашнее задание
Изучить параграф учебника (введение в популяционную генетику, закон Харди–Вайнберга) и записи, сделанные в классе. Решить задачу: «В выборке, состоящей из 84 тыс. растений ржи, 210 растений оказались альбиносами, так как у них рецессивные гены rrнаходятся в гомозиготном состоянии. Определить частоты аллелей Rи rи частоту гетерозиготных растений, несущих признак альбинизма».
Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:
©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.
|