«Общая биология. 11 класс». В.Б. Захаров и др. (гдз)

Закон Харди—Вайнберга. Генетические процессы в популяциях

Вопрос 1. Сформулируйте закон Харди—Вайнберга.
Закон Харди—Вайнберга. Частота гомозиготных и гетерозиготных организмов в условиях свободного скрещивания при отсутствии давления отбора и других факторов (мутации, миграции, дрейфа генов и др.) остается постоянной, т. е. пребывает в состоянии равновесия.
Закон Харди-Вайнберга устанавливает математическую зависимость между частотами аллелей аутосомных генов и генотипов и выражается следующими формулами:
рА + qа = 1;
р²(АА) + 2рq(Аа) + q²(аа) = 1,
где р(А) – частота доминантного аллеля гена,
q(а) — частота рецессивного аллеля гена,
р²(АА) — частота особей, гомозиготных по доминантному аллелю,
2рq(Аа) – частота гетерозиготных особей,
q²(аа) — частота особей, гомозиготных по рецессивному аллелю, то есть частота особей с рецессивным признаком,
р²(АА)+ 2рq(Аа) — частота особей с доминантным признаком,
2рq(Аа) + q²(аа) – частота особей, в генотипе которых имеется рецессивный аллель.
Необходимо отметить, что закон Харди—Вайнберга, как и другие генетические закономерности, основывается на принципе случайного комбинирования Менделя и точно выполняется при бесконечно большой численности популяции. На практике это означает, что популяции с численностью ниже некоторой минимальной величины не удовлетворяют требованиям закона Харди—Вайнберга.
Теоретически закон Харди-Вайнберга справедлив только для идеальных, или равновесных, популяций. Равновесными популяциями называются такие популяции, в которых выполняются следующие условия:
• популяция бесконечно велика; к ней можно применять законы вероятности, то есть когда в высшей степени маловероятно, что одно случайное событие может изменить частоты аллелей;
• имеет место панмиксия, то есть случайное образование родительских пар, без тенденции вступления особей в брак с партнерами, подобными или противоположными по генотипу;
• все аллели равно влияют на жизнеспособность гамет и потомки от всех возможных скрещиваний имеют равную выживаемость;
• популяция полностью изолирована, то есть, нет миграции особей, дающей приток или отток аллелей;
• новые мутации в данной популяции не появляются;
• отсутствует отбор;
• поколения не перекрываются во времени и не образуются родительские пары из особей, относящихся к разным поколениям.
Несмотря на то, что ни в одной реальной популяции эти условия не соблюдаются, равновесие частот генотипов в них все равно выполняется. Очень часто рассчитанные по формулам закона Харди-Вайнберга величины настолько близки к реальным, что этот закон оказывается вполне пригодным для анализа генетической структуры реальных популяций. Из этого следует, что можно рассчитать ожидаемые частоты генотипов, зная только некоторые из них.
Более того, на основе формул закона Харди-Вайнберга были разработаны подходы для характеристики факторов, изменяющих частоты аллелей в популяциях. Такими факторами являются:
• генетический дрейф;
• мутационный процесс;
• миграция;
• отбор;
• неслучайные скрещивания.

Вопрос 2. Какие процессы приводят к изменению частоты встречаемости генов в популяциях?
Изменение частоты генов в популяциях может происходить как под давлением факторов внешней среды в ходе естественного отбора, так и в виде ненаправленного случайного изменения частоты генов. Например, при миграции животных на новом месте обитания поселяется незначительная часть исходной популяции. Генофонд вновь образованной популяции будет меньше генофонда исходной популяции. Гены, ранее редко встречавшиеся вследствие полового размножения, быстро распространятся среди членов новой популяции. Другим примером могут послужить явления природных катастроф. Так, при лесных пожарах происходит массовая гибель животных и растений. Особи, избежавшие гибели, остаются в живых благодаря случайности. Они и дают начало новой популяции. Генетический состав группы выживших особей определяет генетическую структуру будущей популяции. Изменить частоту генов в популяции могут также периодические колебания численности, связанные со взаимоотношениями хищник—жертва, изоляция популяций друг от друга, близкородственные скрещивания (инбридинг).

Вопрос 3. Почему разные популяции одного вида отличаются по частоте генов?
Популяции, изолированные друг от друга, постоянно находятся под давлением различных комплексов факторов внешней среды. В неодинаковых условиях среды естественный отбор действует в сторону сохранения особей, чей генофонд обеспечивает их набором признаков и свойств, оптимальных для данной ситуации. Поэтому в популяциях, обитающих в различных условиях окружающей среды, частота встречаемости того или иного гена различна.

Вопрос 4. Что такое микроэволюция?
Микроэволюция — это процесс перестройки внутри вида, приводящий к образованию новых популяций, подвидов и заканчивающийся образованием новых видов.
Таким образом, микроэволюция — это самый начальный этап эволюционного процесса, она может происходить в относительно короткие промежутки времени, и ее можно наблюдать и изучать непосредственно. В результате наследственной (мутационной) изменчивости происходят случайные изменения генотипа. Самопроизвольная частота мутаций довольно высока, и 1-2 % половых клеток имеют мутированные гены или измененные хромосомы. Мутации чаще всего рецессивны и, кроме того, редко бывают полезными для вида. Однако если в результате мутации возникают полезные для какой-либо особи изменения, то она получает некоторые преимущества перед другими особями популяции: получает больше пищи или делается устойчивее к влияниям болезнетворных бактерий и вирусов и т.п. Например, возникновение длинной шеи позволило предкам жирафа питаться листьями с высоких деревьев, что обеспечивало им больше корма, чем особям популяции с короткой шеей.