Հիմնական նյութ
11-րդ դասարան. կենսաբանություն
Դասընթաց․ (11-րդ դասարան. կենսաբանություն) > Բաժին 1
Դաս 3: Պոպուլացիայի ժառանգականությունԲնական ընտրությունը պոպուլյացիաներում
Ինչպես է բնական ընտրությունը գործում գեների, ալելների, գենոտիպերի և ֆենոտիպերի մակարդակներում։
Հիմնական դրույթներ
- Բնական ընտրությունը կարող է հանգեցնել միկրոէվոլյուցիայի (փոփոխություն ալելի հաջորդականներում) առաջացման, ինչը հանգեցնում է պոպուլյացիայում տվյալ օրգանիզմի հարմարվողականությունը մեծացնող ալելի հաճախության մեծացման։
- Հարմարվողականությունը վերարտադրողական հաջողության չափաանակն է (սա նշանակում է, թե խմբի մնացած օրգանիզմների հետ համեմատած հաջորդ սերդնում տվյալ օրգանիզմը որքան ժառանգներ է թողնում)։
- Բնական ընտրությունը կարող է ազդել այն հատկանիշների վրա, որոնք պայմանավորվում են մի գենի տարբեր ալելներով՝ պոլիգենային հատկանիշների վրա (բազմաթիվ գեներով որոշվող հատկանիշների)։
- Մի քանի գեներով որոշվող բնական ընտրությունը կարող է լինել հետևյալ երեք տեսակների՝ կայունացնող (ստաբիլիզացնող) ընտրություն, ուղղորդող ընտրություն և ճեղքող (դիզրուպտիվ) ընտրություն։
Ներածություն
Մենք արդեն իսկ հանդիպել ենք էվոլյուցիայի մի քանի տարբեր մեխանիզմների։ Գենետիկ դրեյֆը, միգրացիան, մուտացիաները․․․Այս ցանկը կարող ենք անվերջ շարունակել։ Այս բոլոր մեխանիզմների շնորհիվ պոպուլյացիան կարող է զարգանալ կամ իր գենետիկական կազմում սերնդեսերունդ փոփոխություններ կրել։
Բայց էվոլյուցիայի մի մեխանիզմ կա, որը մի փոքր ավելի հայտնի է, քան մյուսները և այն կոչվում է բնական ընտրություն։ Իսկ ի՞նչն է բնական ընտրությանը այդան յուրահատուկ դարձնում։ Էվոլյուցիայի բոլոր մեխանիզմներից սա միակ մեխանիզմն է, որը միշտ կարող է ժամանակի ընթացքում հարմարեցնել դրանց իրենց միջավայրի պայմաններին։
Երևի թե Դարվինի էվոլյուցիոն տեսությունը ուսումնասիրելիս արդեն իսկ հանդիպել ես բնական ընտրությանը՝ որպես այդ տեսության մի մաս։ Այս հոդվածում մենք ավելի խորությամբ կուսումնասիրենք այն՝ իրականում նույնիսկ ավելի մանրամասնորեն, քան ինքը՝ Դարվինն է կարողացել։ Մենք կուսումնասիրենք բնական ընտրությունը պոպուլյացիայի գենետիկայի մակարդակով՝ ալելների, գենոտիպի և ֆենոտիպի հաճախությունների միջոցով։
Բնական ընտրության արագ վերհիշում
Այս հատվածի միջոցով արագ կվերհիշես, թե ինչպես են պոպուլյացիաները զարգանում բնական ընտրության միջոցով․
- Տվյալ միջավայրում գոյատևմանը և վերարտադրմանը նպաստող ժառանգական (գենետիկորեն որոշված) հատկանիշներ ունեցող օրգանիզմները ձգտում են ավելի շատ սերունդ թողնել, քան մյուսները։
- Եթե այս գործընթացը սերնդեսերունդ շարունակվի, ապա տվյալ օրգանիզմի գոյատևմանն ու վերարտադրմանը նպաստող ժառանգական հատկանիշները պոպուլյացիայում շատ ավելի հաճախ կհանդիպեն։
- Պոպուլյացիան ոչ միայն կզարգանա (կփոխվի դրա գենետիկական կազմն ու ժառանգական հատկանիշները), այլ նաև այն կփոխվի այնպես, որ իր միջավայրին ավելի հարմարված կդառնա։
Բնական ընտրությունը կարող է հանգեցնել միկրոէվոլյուցիայի
Բնական ընտրություն ազդում է օրգանիզմի ֆենոտիպի կամ տեսանելի հատկանիշների վրա։ Իսկ ֆենոտիպը մեծամասամբ տվյալ օրգանիզմի գենոտիպի (օրգանիզմի կրած ալելները կամ գեների տարբերակները) արտացոլանքն է։ Երբ որևէ ալելով պայմանավորված ֆենոտիպը օգնում է օրգանիզմներին ի համեմատ մյուսների ավելի լավ գոյատևել և վերարտադրվել և բնական ընտրությմամբ այդ օգտակար ալելի հաճաությունը սերնդեսերունդ մեծանում է, այդ գործընթացը կոչվում է միկրոէվոլյուցիա։
Օրինակ․ ճագարի մորթու գույնը
Որպես օրինակ արի պատկերացնենք շագանակագույն և սպիտակ ճագարների պոպուլյացիա, որոնց մորթու գույնը պայմանավորված է տվյալ գենի դոմինանտ (B) և ռեցեսիվ (b) ալելներով։ Եթե գիշատիչը, ինչպիսին է օրինակ՝ բազեն խոտածածկ դաշտի ֆոնոին ավելի հեշտությամբ նկատի սպիտակ ճագարներին (գենոտիպը՝ bb), քան շագանակագույններին (BB and Bb), ապա գիշատիչների հարձակմանը ավելի հավանական է, որ կդիմակայեն շագանակագույն ճագարները։Եվ քանի որ բազմանալու համար ավելի շատ շագանակագույն ճագարներ կգոյատևեն, ապա մյուս սերնդում ամենայն հավանականությամբ B ալելի հաճախականությունը ավելի մեծ կլինի։
Սա կարող ենք ավելի հեշտությամբ պատկերացնել օրինակը քննարկելով։ Արի սկսենք ալելների և ֆենոտիպի հաճախությունների հավաածուից, որը ցուցադրված է ստորև տրամագրում և տեսնենք, թե ինչպես են այս ցուցանիշները սերնդեսերունդ փոփովում, եթե սպիտակ ճագարների կեսին (իսկ շագանակագույններից ոչ մեկին) կերել են բազեները։
Այս օրինակում գոյատևմանը նպաստող B ալելի հաճախությունը նոր սերնդում
Իսկ այս ընտրության արդյունքում ռեցեսիվ b ալելը կանհետանա՞։ Միգուցե՝ մի օր, սակայն ոչ հենց առաջին սերնդում։ Դրա պատճառն այն է, այդպիսի ալելները կարող են գիշատիչներից <<թաքնվել>> հետերոզիգոտ (Bb) օրգանիզմներում։ Սա հիանալիորեն հիշեցնում է, որ բնական ընտրությունը ազդում է ֆենոտիպի, այլ ոչ գենոտիպերի վրա։ Բազեն կարող է տարբերել շագանակագույն ճագարին սպիտակից, բայց այն չի կարող տարբերակել BB և Bb գենոտիպերով ճագարներին։
Հարմարվածություն = վերարտադրողական հաջողություն
Պարտադիր չէ, որ բնական ընտրության արդյունքում նախընտրված ֆենոտիպերով ու գենոտիպերով օրգանիզմները լավագույն գոյատևողները լինեն։ Փոխարենը՝ դրանք կարող են լավագույն հարմարվածները լինել։ Հարմարվածությունը չափաքանակ է, որը ցույց է տալիս, թե որքան լավ կարող են տվյալ օրգանիզմները գոյատևել և հատկապես՝ վերարտադրվել։ Պաշտոնապես հարմարվածությունը սահմանվում է տվյալ գենոտիպը կամ ֆենոտիպն ունեցող օրգանիզմի թողած սերնդի չափով, որը սովորաբար համեմատվում է պոպուլյացիայի մյուս օրգանիզմների նույն հատկանիշի հետ։
Գոյատևումը հարմարվածության կարևոր բաղադրիչ է։ Մյուս սերնդում ժառանգներ թողնելու համար օրգանիզմը պետք է հասնի վերարտադրողական տարիքի։ Օրինակ՝ վերոբերյալ օրինակում քանի որ ավելի մեծ մասնաբաժնով շագանակագույն ճագարները գոյատևեցին, քան սպիտակեր, հետևաբար շագանակագույն ճագարները ունեին ավելի լավ հարմարվողականություն, քան սպիտակները։ Ավելի երկար ժամանակ անց օրգանիզմները կկարողանան ավելի հաճախ բազմանակ (օրինակ՝ մի քանի զուգնընկեր կունեն կամ կշատանան տարիների ընթացքում)։
Այնուամենայնիվ գոյատևումը հարմարվողականության միակ բաղադրիչը չէ։ Հարմարվողականությունը պայմանավորված է նաև օրգանիզմի կարողությամբ զուգընկերոջը գրավելու և յուրաքանչյուր խաչասերման արդյունքում առաջացած օրգանիզմների քանակով։ Այ օրգանիզմը, որը տարիներ շարունակ գոյատևել է, սակայն չի կարողացել գրավել հակառակ սեռի ներկայացուցչի, կունենա շատ ցածր (զրո) հարմարվածություն։
Հարմարվածությունը կախված է միջավայրից
Միջավայրից է կախված, թե բնական ընտրությամբ որ հատկանիշները կնախընտրվեն (այն է՝ որ հատկանիշները օրգանիզմին ավելի հարմարված կդարձնեն)։ Օրինակ՝ շագանակագույնին մոտ, խոտածածկ միջավայրում, որում կան գիշատիչներ, շագանականգույն ճագարները կարող են ավելի հարմարված լինել։ Միչդեռ ավելի բաց գունավորմամբ միջավայրում (ինչպես օրինակ՝ ավազաթմբերում) սպիտակ ճագարները ավելի մեծ հաջողությամբ կխուսափեն գիշատիչներից։ Եվ եթե գիշատիչներ չլինեին, մորթու երկու գույներով ճագարներն էլ հավասարապես հարմարված կլինեին։
Շատ դեպքերում հատկանիշը ներառում է նաև որոշ փոխզիջումներ։ Սա նշանակում է, որ այն կարող է և՛ դրական, և՛ բացասական ազդեցություններ ունենալ օրգանիզմի հարմարվածության վրա։ Օրինակ՝ ճագարների մորթու տվյալ գույնը կարող է դրանց ավելի քիչ տեսանելի դարձնել գիշատիչների համար, բայց միևնույն ժամանակ նաև ավելի քիչ գրավիչ հակառակ սեռի ներկայացուցիչների համար։ Եվ քանի որ հարմարվածությունը ներառում է և՛ գոյատևում և՛ վերարտադրություն, ապա մորթու գույնը գիշատիչների և զուգընկերոջ ընտրության ուժերի փոխհարաբերության արդյունքն է։
Բնական ընտրությունը կարող է ազդել մի քանի գենով պայմանավորվող հատկանիշների վրա
Որոշ դեպքերում, պոպուլյացիայում տարբեր ֆենոտիպերը պայմանավորված են միայն մեկ գենով։ Սրա վառ օրինակն են մեր պատկերացրած ճագարները։ Սա գործում է նաև մորթու գույնով պայմանավորված որոշ իրական օրինակներում (օրինակ՝ մկների շրջանում)
Այնուամենայնիվ, շատ դեպքերում ֆենոտիպերը պայամանավորված են մի քանի գեներով, որոնցից յուրաքանչյուրը վերջնական արդյունքի մեջ իրենց փոքր ներդրումն ունեն։ Այդպիսի ֆենտիպերը սովորաբար կոչվում են պոլիգենային հատկանիշներ և դրանք սովորաբար առաջացնում են սպեկտր՝ առաջացնելով բազմաթիվ փոքր ինչ միմյանցից տարբերվող ձևեր։ Պոպուլյացիայում տարբեր ֆենոտիպային ձևերի հաճախությունների պատկերման արդյունքում հաճախ ստացվում է կորի տեսքով տրամագրի։ Մարդկանց հասակը (տե՛ս ստորև տրամագիրը) և բազմաթիվ այլ հատկանիշներ պոլիգենային են։
Հասկանալու համար, թե ինչպես է բնական ընտրությունը ազդում պոլիգենայի հատկանիշների վրա, պետք է ուսումնասիրենք սերնդեսերունդ ֆենոտիպերի բաշխումը։ Որոշ հատկանիշների փոփոխությունները ապացուցում են, որ նույնիսկ եթե մենք չգիտենք, թե հստակ որ գենով է պայմանավորված տվյալ հատկանիշը, ըտրություն իսկապես տեղ է ունեցել։
Ինչպես կարող է բնական ընտրությունը փոփոխել ֆենոտիպային բաշխումները
Բնական ընտրությունը կարող է ազդել պոպուլյացիայում պոլիգենային հատկանիշների բաշխման վրա երեք հիմնական եղանակներով։ Ընտրության այս եղանակաները ցուցադրելու համար արի օգտագործենք բզեզների մի երևակայական պոպուլյացիա, որում բզեզի գույնը պայմանավորված է բազմաթիվ գեներով և տարբերակվում է բացից մուգ սպեկտրով։
- Կայունացնող ընտրություն։ Կայունացնող ընտրության ժամանակ միջանկյալ ֆենոտիպերը ավելի հարմարված են միջավայրին, քան քիստ արտահայտվածները։ Օրինակ՝ միջին կանաչ բզեզները ավելի լավ են քողարկվում և հետևաբար լավագույն հարմարված են անտառում, որի հատակը ծածկված է նույն գունավորմամբ բույսերով։ Կայունացնող ընտրությունը ձգտում է նեղացել կորը։
- Ուղորդող ընտրություն։ Այս դեպքում խիստ արտահայտված, գրաֆիկում ծայրային ֆենոտիպերից մեկը ավելի հարմարված է, քան մյուս բոլոր ֆենոտիպերը։ Օրինակ՝ եթե բզեզների պոպուլյացիան տեղափոխվի նոր միջավայր, որում առկա է մուգ գունավորմամբ հող և բուսականություն, ապա մուգ կանաչ գունավորում ունեցող բզեզները ավելի լավ կթաքնվեն և ավելիլավ կգոյատևեն, քան միջին կամ բաց գունավորմամբ բզեզները։ Ուղորդող ընտրությունը փոխում է տրամագրի կորությունը դեպի նախընտրելի ֆենոտիպը։
- Ճեղքող ընտրություն։ Այս դեպքում երկու խիստ արտահայտված, գրաֆիկում ծայրային դիրք ունեցող ֆենոտիպերով առանձնյակները ավելի լավ են հարմարվածծ միջավայրի պայմաններին, քան միջանկյալ ֆենոտիպ ունեցողները։ Օրինակ՝ եթե բզեզները տեղափոխվեն մի նոր միջավայր, որում առկա են բաց կանաչ գունավորմամբ մամուռներ և մուգ կանաչ գունավորմամբ թփեր, ապա և՛ բաց, և՛ մուգ բզեզները ավելի լավ կթաքնվեն (և ավելի լավ կգոյատևեն), քան միջին կանաչ բզեզները։ Ճեղքող ընտրության արդյունքում տրամագրում առաջանում են մի քանի պիկեր։
Ամփոփում
Բնական ընտրության արդյունքում կարող է առաջանալ միկրոէվոլյուցիա՝ ժամանակի ընթացքում ալելների հաճախությունների փոփոխություններ, որոնց արդյունքում հարմարվածությունը մեծացնող ալելները սերունդների ընթացքում ավելի հարմարված կդառնան։ Հարմարվածությունը հարաբերական վերարտադրողական հաջողության քանակն է։ Այն արտացոլում է, թե տվյալ գենոտիպով կամ ֆենոտիպով օրգանիզմները, ի համեմատ խմբի մյուս օրգանիզմների, իրենց սերնդում որքան ժառանգներ են թողնում։
Բնական ընտրությունը կարող է մեկ գենի տարբեր ալելներով կամ պոլիգենային (մի քանի գեներով պայմանավորված) հատկանիշների վրա։ Պոլիգենային հատկանիշները սովորաբար պոպուլյացիայում առաջացնում են զանգակաձև բաշխում։ Պոլիգենային հատկանիշների վրա բնական ընտրությունը կարող է ազդել հետևյալ երեք եղանակներով․
- Կայունացնող ընտրություն․ Միջանկյալ ֆենոտիպերը ամենալավն են հարմարված և զանգակը գնալով նեղանում է։
- Ուղորդող ընտրություն․ Ծայրային ֆենոտիպերից մեկը ամենալավն է հարմարված։ Տրամագրի կորությունը գնալով ուղվում է դեպի ավելի հարմարված ֆենոտիպը։
- Ճեղքող ընտրություն․ Երկու ծայրային ֆենոտիպերը ավելի լավ են հարմարված, քան միջանկյալները։ Տրամագրում առաջանում են երկու պիկեր։
Ուզո՞ւմ ես միանալ խոսակցությանը։
Առայժմ հրապարակումներ չկան։