If you're seeing this message, it means we're having trouble loading external resources on our website.

Եթե գտնվում ես վեբ զտիչի հետևում, խնդրում ենք համոզվել, որ *.kastatic.org և *.kasandbox.org տիրույթները հանված են արգելափակումից։

Հիմնական նյութ

Էվոլյուցիայի մեխանիզմներ

Երբ պոպուլյացիան Հարդի-Վայնբերգի հավասարակշռության վիճակում է, ապա այն չի զարգանում։ Իմացիր, թե ինչպես են Հարդի-Վայնբերգի ենթադրությունների խախտումները հանգեցնում էվոլյուցիայի։

Հիմնական դրույթներ

  • Եթե տվյալ պոպուլյացիան որևէ գենի նկատմամբ գտնվում է Հարդի-Վայնբերգի հավասարակշռության մեջ, ապա տվյալ գենի տեսանկյունից այն չի զարգանում, իսկ տվյալ գենի հաճախությունը սերնդեսերունդ մնում է նույնը։
  • Տարբերում ենք Հարդի-Վայնբերգի 5 հիմնական ենթադրություններ․ չկա մուտացիա, պատահական խաչասերում, չկա գեների հոսք, պոպուլյացիայի անսահման չափս և չկա ընտրություն։
  • Եթե այս ենթադրությունները տվյալ գենին չեն համապատասխանում, ապա պոպուլյացիայում տվյալ գենը կարող է էվոլյուցիայի ենթարկվել (գենի ալելների հաճախությունը կարող են փոխվել)։
  • Էվոլյուցիայի մեխանիզմները վերաբերում են Հարդի-Վայնբերգի տարբեր ենթադրությունների խախտումներին։ Դրանք են․ մուտացիանները, ոչ պատահական խաչասերումը, գեների հոսքը, պոպուլյացիայի սահմանափակ չափը (գենետիկական դրիֆտ) և բնական ընտրությունը։

Ներածություն

Բնության մեջ պոպուլյացիաները սովորաբար ենթարկվում են էվոլյուցիայի։ Մարգագետիններում աճող խոտը, անտառում բնակվող գայլերը և նույնսիսկ մարդկանց օրգանիզմի բակտերիաները բոլորը բնական պոպուլյացիաներ են։ Եվ շատ հավանական է, որ բոլոր այս պոպուլյացիաների առանձնյակների գոնե մի քանի գեները զարգացում են ապրում։ Հենց հիմա և հենց այստեղ տեղի է ունենում էվոլյուցիա։
Պարզ է, որ սա չի նշանակում, որ պոպուլյացիաները երթ են իրականացնում դեպի կատարելության վերջին աստիճան։ Էվոլյուցիան նշանակում է, որ սերնդեսերունդ պոպուլյացիայի գենետիկական կազմը փոփոխություններ է կրում։ Եվ այս փոփոխությունները կարող են նաև աննկատ լինել, օրինակ՝ գայլերի պոպուլյացիայում կարող է գենի հաճախության փոփոխություն նկատվել, ինչի արդյունքում պոպուլյացիայում մոխրագույն գայլերի փոխարեն ավելի հաճախ կհանդիպեն սև մորթով գայլերը։ Երբեմն այսպիսի փոփոխությունները առաջանում են բնական ընտրության արդյունքում։ Երբեմն էլ դրանց առաջացման պատճառը նոր առանձնյակների միգրացիան է դեպի պոպուլյացիա կամ պարզապես որևէ պատահական իրադարձություն՝ էվոլյուցիոն <<վիճակահանության հաջողությունը>>։
Այս հոդվածում մենք կուսումնասիրենք թե ինչ է նշանակում զարգանալը պոպուլյացիայի համար, կտեսնենք (հազվադեպ նաև կհանդիպենք) պոպուլյացիայի չզարգանալու համար անհրաժեշտ նախապայմանները և կբացահայտենք թե ինչպես է այս մեխանիզմների խաթարումը հանգեցնում էվոլյուցիայի առաջացմանը։

Հարդի Վայնբերգի հավասարակշռություն

Նախ արի տեսնենք, թե ինչպես է պետք հասկանալ, որ պոպուլյացիան չի զարգանում։ Եթե պոպուլյացիան Հարդի-Վայնբերգի հավասարակշռություն կոչվող պայմաններում, ապա ալելների կամ գեների այլընտրանքային ձևերի հաճախությունները, ինչպես նաև օրգանիզմների գենոտիպերը կամ պոպուլյացիայում ալելների բազմությունը սերնդեսերունդ չեն փոխվում և նույնն են մնում (ինչպես նաև տվյալ պոպուլյացիան կհամապատասխանի Հարդի-Վայնբերգի հավասարմանը)։ Համաձայն կանոնի՝ էվոլյուցիան ժամանակի ընթացքում պոպուլյացիայում ալելի հաճախության փոփոխությունն է։ Վերոբերյալ պայմաններից հետևում է, որ Հարդի-Վայնբերգի հավասարակշռության պայմաններում պոպուլյացիան չի զարգանում։
Այս պնդումը իրականում փոքր ինչ վերացական է հնչում, այպիսով՝ եկեք բացատրենք այն օրինակով։ Պատկերացրու՝ ուսումնասիրում ենք բզեզների մեծ պոպուլյացիա։ Արի ընդունենք, որ այդ պոպուլյացիան անսահման է։ Մեր անսահման մեծություն ունեցող պոպուլյացիայի բզեզները ունեն երկու գունավորում՝ մուգ և բաց մոխրագույն, որը պայմանավորում է A գենը։ AA և Aa գենոտիպով բզեզները մուգ մոխրագույն գունավորում ունեն, իսկ aa գենոտիպով բզեզները՝ բաց մոխրագույն։
Ընդունենք, որ մեր պոպուլյացիայում A ալելի հաճախությունը 0.3 է, մինչդեռ a ալելինը՝ 0.7։ Եթե պոպուլյացիան գտնվում է Հարդի-Վայնբերգի հավասարակշռությունում, ապա դրանում ալելների հաճախությունները մաթեմատիկական հարաբերակցություններով պետք է հարաբերվեն գենոտիպի հաճախություններին։ Ըստ այդմ մենք կարող ենք կանխատեսել, թե ինչ գենոտիպի հաճախություններ ենք ակնակլում տեսնել (եթե իհարկե պոպուլյացիան գտնվում է Հարդի Վայնբերգի հավասարակշռությունում)՝ ալելների հաճախությունները տեղադրելով, ինչպես և ցուցադրված է ստորև՝
Արի պատկերացնենք, որ բզեզների պոպուլյացիայում հայտնաբերվող գենոտիպի հաճախությունները հետևյալն են՝ (9% AA, 42% Aa, 49% aa)։ Հիանալի է, փաստորեն մեր բզեզները գտնվում են Հարդի-Վայնբերգի հավասարակշռային վիճակում։ Հիմա արի պատկերացնենք, որ այս բզեզները վերարտադրվում են՝ առաջացնելով նոր սերունդ։ Ինչպիսի՞ն կլինեն այդ սերնդի ալելների և գենոտիպի հաճախությունները։
Սա կանխատեսելու համար պետք է իրականացնենք հետևյալ մի քանի ենթադրությունները․
Նախ, արի ենթադրենք, որ գենոտիպերից ոչ մեկը գոյատևելու և վերատադրվելու տեսանկյունից ավելի մեծ շանսեր չունի։ Այդ պարագայում հաջորդ սերունդն առաջացնող գամետներում A և a ալելների հաճախությունները կլինեն նույնը, ինչ ներկայիս սերնդում յուրաքանչյուր ալելի հաճախությունը։
Երկրորդ՝ արի ենթադրենք, որ բզեզները պատահական են խաչասերվում (հակառակ դեպքի օրինակ է՝ սև բզեզները նախընտրում են խաչասերվել այլ սև բզեզների հետ)։ Այդ պարագայում, բազմացումը կարող ենք դիտարկել որպես երկու պատահական իրադարձությունների հետևանք․ պոպուլյացիայի գենոֆոնդից սերմնաբջջի և ձվաբջջի ընտրություն։ Սերնդում յուրաքանչյուր գենոտիպի հանդիպման հավանականությունը հավասար է այդ գենոտիպը առաջացնող ձվաբջջի և սերմնաբջջի զույգի հանդիպման հավանականությանը։
Սերնդում տարբեր գենոտիպերի հանդիպման հավանականությունը կարող ենք ներկայացնել ձևափոխված Պանետի աղյուսակով։ Այս աղյուսակով մենք բազմապատկում ենք առանցքներում գտնվող գամետների հանդիպման հաճախությունները՝ ստանալով վանդակներում ներկայացված բողմնավորման հավանականությունը․
Ինչպես ցուցադրված է վերևում, նոր սերնդում գենոտիպի հաճախությունները նույնն են, ինչ ծնողական սերնդում․ 9% AA, 42% Aa, and 49% aa։ Եթե գենոտիպի հաճախությունները փոփոխություն չեն կրել, ապա նոր սերնդում հանդիպող ալելների հաճախությունները ևս պետք է հավասար լինեն ծնողական սերնդի ալելի հաճախություններին․ A ալելի հաճախությունն է՝ 0.3, իսկ a ալելինը՝ 0.7 ։
Այն ամենն ինչը մենք հենց նոր քննարկեցինք կազմում է Հարդի-Վայնբերգի հավասարակշռության էությունը։ Եթե գենոֆոնդի ալելները նույնն են, ինչ ծնողական սերնդում և եթե ծնողական օրգանիզմները պատահական են խաչասերվել (պատահույթների անսահման մեծ քանակի պարագայում), ապա չկա որևէ պատճառ համաձայն որի հաջորդ սերնդում ալելների և գենոտիպի հաճախությունները կարող են փոփոխվել։
Այլ գործոնների բացակայության պարագայում, հանգիստ կարող ենք պատկերացնել թե ինչպես է այս գործընթացը շարունակաբար կրկնվում՝ սերնդեսերունդ նույնը պահելով ալելների և գենոտիպի հաճախությունները։ Քանի որ էվոլյուցիան պոպուլյացիայում սերունդների ընթացքում ալելի հաճախությունների փոփոխությունն է, ապա Հարդի-Վայնբերգի հավասարակշռության մեջ գտնվող պոպուլյացիան, համաձայն սահմանման, չի զարգանում։

Բայց արդյո՞ք դա իրտեսական է

Ինչպես նշեցինք հոդվածի սկզբում, պոպուլյացիաները սովորաբար չեն գտնվում Հարդի-Վայնբերգի հավասարկշռությունում (համենայն դեպս, իրենց գենոմի ոչ բոլոր գեների համար)։ Փոխարենը՝ պոպուլյացիաները ձգտում են զարգանալ․ գոնե մի քանի գեների ալելների հաճախությունները սերնդեսերունդ փոփոխվում են։
Իրականում, պոպուլյացիոն գենետիկները հաճախ ստուգում են, որպեսզի տեսնեն՝ արդյոք պոպուլյացիայի գտնվում է Հարդի-Վայնբերգի հավասարակշռությունում, քանի որ կասկածում են, որ կարող են գործել նաև այլ ուժեր։ Եթե սերնդեսերունդ պոպուլյացիայի ալելների և գենոտիպի հաճախությունները փոփոխվում են (կամ եթե ալելի և գենոտիպի հաճախություները չեն համապատասխանում Հարդի-Վայնբերգի հավասարման կանխատեսումներին), ապա գիտնականների միջև մրցավազքը շարունակվում է՝ պարզելու համար թե ինչու։

Հարդի-Վայնբերգի ենթադրություններն ու էվոլյուցիան

Ինչի՞ պատճառով են պոպուլյացիաները զարգանում։ Որպեսզի պոպուլյացիան գտնվի Հարդի-Վայնբերգի հավասարակշռությունում, այսինքն չզարգանա, այն պետք է համապատասխանի հիմնական ենթադրությունների՝
  1. Մուտացիաներ չկան։ Մուտացիայի արդյունքում որ մի նոր ալելներ չեն առաջանում, ինչպես նաև գեները չեն կրկնապատկվում կամ չեն ջնջվում։
  2. Պատահական խաչասերում։ Օրգանիզմները միմյանց հետ պատահականության սկզբունով են խաչասերվում, այսինքն՝ չկա նախապատվություն որևէ հստակ գենոտիպի նկատմամբ։
  3. Գեների հոսք չկա։ Ո՛չ առանձնյակները, ո՛չ էլ գամետները (օրինակ՝ քամու միջոցով քշված փոշեհատիկը) չպիտի կարողանան ներմուծվել կամ դուրս գալ պոպուլյացիայից։
  4. Պոպուլյացիայի շատ մեծ չափսեր։ Պոպուլյացիան պետք է լինի էֆեկտիվորեն անսահման չափսեր։
  5. Չկա բնական ընտրություն։ Բոլոր ալելները օրգանիզմին հավասարաչափ են հարմարեցնում միջավայրի պայմաններին (օրգանիզմները հավասար շանսեր ունեն գոյատևելու և վերարտադրվելու համար)։
Եթե այս ենթադրություններից գոնե մեկը չի իրականանում, ապա պոպուլյացիան չի կարող գնտվել Հարդի-Վայնբերգի հավասարակշռության վիճակում։ Փոխարենը՝ այն կարող է զարգանալ․ ալելի հաճախությունները սերնդեսերունդ կարող են փոխվել։ Միևնույն սերնդի ալելների և գենոտիպի հաճախությունները ևս կարող են չբավարարել Հարդի-Վայնբերգի հավասարակշռությանը։

Որոշ գեներ կարող են բավարարել Հարդի-Վայնբերգի հավասարման, մինչդեռ մյուսները՝ ոչ

Ուշադրություն դարձրու՛, որ Հարդի-Վայնբերգի հավասարկշռությունը կարող ենք դիտարկել երկու տեսանկյունից․ միայն մեկ գենի և գենոմում առկա բոլոր գեների տեսանկյունից։
  • Եթե մենք դիտարկում ենք միայն մեկ գենի տեսանկյունից, մենք պետք է ստուգենք արդյոք այդ մեկ գենը համապատասխանում է վերոնշյալ բոլոր չափանիշներին։ Օրինակ՝ մենք կուսումնասիրենք՝ արդյոք տվյալ գենի մուտացիաներ կան, կամ արդյոք օրգանիզմները տվյալ գենի տեսանկյունից պատահական են խաչասերվել։
  • Եթե մենք նայենք գենոմի բոլորի գեների տեսանկյունից, ապա վերոնշյալ պայմաններին պետք է համապատասխանեն բոլոր գեները։
Եթե միայն մեկ գենի համար որոշ հանգամենքների ներքի վերոնշյալ պայմանները քիչ թե շատ կարող են գործել, ապա շատ քիչ հավանական է, որ դրանք կգործեն այս դեպքում՝ գենոմի բոլոր գեների նկատմամբ։ Այսպիսով՝ պոպուլյացիան կարող է որոշ գեների նկատմամբ պետք է լինի Հարդի-Վայնբերգի հավասարակշռային վիճակում (այս գեները չեն զարգանում), սակայն քիչ հավանական է, որ Հարդի-Վայնբերգի հավասարակշռությունը կգործի բոլոր գեների դեպքում (այսինքն առհասարակ զարգացում չի ապրի)։

Էվոլյուցիայի մեխանիզմները

Եթե Հարդի-Վայնբերգի տարբերբեր ենթադրությունները չեն իրականանում, դրանք հանգեցնում են էվոլյուցիայի տարբեր մեխանիզմների։
  • Մուտացիա։ Չնայած որ մուտացիան բոլոր գենետիկական փոփոխականությունների սկզբնական աղբյուրն է, օրգանիզմների հիմնական մասի շրջանում դրա առաջացման հավանականությունն ու արագությունը շատ ցածր է։ Հետևաբար սերունդերի միջև ալելի հաճախություններում լրիվ նոր մուտացիաների ազդեցություները այդքան էլ մեծ չեն։ (Բայց, եթե բնական ընտրությունը գործի մուտացիայի արդյունքների հիմքվո, ապա կարող է առաջանալ էվոլյուցիայի շատ հզոր մեխանիզմ)
  • Ոչ պատահական խաչասերում։ Որ պատահական խաչասերման դեպքում, օրգանիզմները նախընտրում են խաչասերվել իրենց գենոտիպն ունեցող կամ իրենցից լրիվ տարբերվող գենոտիպեր ունեցող օրգանիզմների հետ։ Ոչ պատահական խաչասերումը չի կարող ստիպել պոպուլյացիայի ալելի հաճախություններին ինքնաբուխ փոփոխվել, բայց այն չի կարող փոփոխել գենոտիպի հաճախությունների վրա։ Այս հանգամանքը թույլ չի տալիս, որպեսզի պոպուլյացիան գտնվի Հարդի-Վայնբերգի հավասարկշռությունում, բայց վիճելի է՝ արդյոք այս փոփոխությունները ընդունվում են որպես էվոլյուցիա, քանի որ ալելների հաճախություները միևնույն է փոփոխություններ չեն կրել։
  • Գեների հոսք։ Գեների հոսքը գեների մուտքը կամ ելքն է դեպի պոպուլյացիա կամ դրանից դուրս։ Սա տեղի է ունենում առանձնյակների կամ դրանց գամետների (սերմնաբջիջների և ձվաբջիջների կամ բույսերի պարագայում ծաղկափոշու տարածման միջոցով)։ Պոպուլյացիա ներմուծվող ներ օրգանիզմներ կամ գամետները կարող են ունենալ նոր ալելներ կամ կարող են ներմուծել արդեն գոյություն ունեցող ալելները, պարզապես պոպուլյացիայից տարբերվող մասնաբաժիններով։ Գեների հոսքը կարող է լինել էվոլյուցիա առաջացնող շատ հզոր ուժ։
  • Պոպուլյացիայի սահմանափակ չափսեր (գեների դրեյֆ)։ Գեների դրեյֆը ներառում է պատահական իրադարձությունների արդյունքում ալելի հաճախության փոփոխություններ՝ մյուս սերունդների ալելենրի ընտրության համար <<նմուշառման սխալներ>>։ Դրեյֆը կարող է տեղի ունենալ սահմանափակ չափսերով յուրաքանչյուր պոպուլյացիայում, բայց այն ավելի մեծ ազդեցություն ունի փոքր պոպուլյացիաների վրա։ Մենք ավելի խորությամբ կուսումնասիրենք գեների դրեյֆը և դրա ազդեցությունները պոպուլյացիայի վրա հետագա հոդվածներում։
  • Բնական ընտրություն։ Եվ վերջապես, էվոլյուցիայի ամենահայտնի մեխանիզմը բնական ընտրությունն է։ Այն տեղի է ունենում երբ մի ալելւ (կամ տարբեր գեների ալելների համակցումները) տվյալ օրգանիզմին ավելի շատ կամ քիչ հարմարեցված են դարձնում, նույն է թե տվյալ միջավայրի պայմաններում մեծացնում կամ փոքրացնում են դրանց գոյատևման և վերարտադրման շանսերը։ Երբ ալելի հարմարվողականությունը նվազում է, հետագա սերունդներում դրա հաճախությունը ևս նվազում է։ Բնական ընտրությանը և դրա տեսակներին ավելի խորությամբ կծանոթանանք այս հոդվածում։
Յուրաքանչյուր պոպուլյացիայում էվոլյուցիայի վերոնշյալ 5 մեխանիզմները կարող են որոշ չափով գործել։ Իրականում տվյալ գենի էվոլյուցիոն հետագիծը (թե ինչպես են պոպուլյացիայում ալելների հաճախությունները սերնդեսերունդ փոխվել) կարող է առաջանալ մի անի էվոլյուցիոն մեխանիզմների զուգակցման արդյունքում։ Օրինակ՝ որևէ գենի ալելի հաճախությունները կարող են փոփոխվել և՛ գեների հոսքի և գենետիկական դրիֆտի շնորհիվ։ Մեկ այլ գենի մուտացիաները կարող են առաջացնել նոր ալել, որը հետագայում կնախընտրվի (կամ հակառակը) բնական ընտրության միջոցով։

Ուզո՞ւմ ես միանալ խոսակցությանը։

Առայժմ հրապարակումներ չկան։
Անգլերեն հասկանո՞ւմ ես: Սեղմիր այստեղ և ավելի շատ քննարկումներ կգտնես «Քան» ակադեմիայի անգլերեն կայքում: