Variabilitatea genetică a populațiilor. Factorii care influențează populațiile
Variabilitatea genetică a populațiilor constă din două componente interdependente:
1) variabilitatea genetică acumulată și menținută în populație (polimorfism genetic);
2) mutații care apar în mod constant (procesul de mutație propriu-zis, care se caracterizează prin spectrul mutațiilor și rata de mutație), care în cursul evoluției generează și îmbogățesc polimorfismul genetic.
De regulă, evaluarea procesului de mutație necesită mai multă muncă și necesită special
studii și abordări experimentale. În plus, spectrul și frecvențele alelelor dintr-o populație nu sunt descrise în la maxim variabilitatea genetică a acestei populații, dar sunt numai Material sursă pentru formarea sa, care se recombină și se înmulțește într-un mod complex în procesele de reproducere și dezvoltare celulară a unui organism multicelular, precum și în procesele de dinamică a populației (ceea ce se numește de obicei microevoluție).
Variabilitatea genetică este determinată:
1) variarea expresiei genelor în funcție de condițiile de mediu și de factorii epigenetici;
2) variabilitate combinativă;
3) toate tipurile de recombinare;
4) derivă genetică, flux de gene interpopulație și posibil transfer orizontal de genă.
Cu toate acestea, procesele de formare a variabilității genetice sunt departe de a fi epuizate de aceasta.
Variabilitate populaţiile naturale
Evoluția este o schimbare ereditară a proprietăților organismelor vii de-a lungul unei serii de generații.
Charles Darwin credea ereditar variabilitatea indivizilor, lupta pentru existență și selecția naturală principal forţe motrice(factorii) procesului evolutiv . În prezent, cercetările în domeniul biologiei evoluționiste au confirmat validitatea acestei afirmații și au identificat o serie de alți factori care joacă rol importantîn procesul de evoluţie.
Populația este unitatea elementară a evoluției. Biologia evolutivă modernă ca unitate elementară evoluţia are în vedere populaţia. O populație este o comunitate de indivizi din aceeași specie care ocupă anumit teritoriuși înrudite între ele prin legături de familie.
Se știe că evoluția este o schimbare ereditară a proprietăților și caracteristicilor organismelor vii de-a lungul unei serii de generații. . Aceasta înseamnă că indivizii nu pot evolua. Fiecare individ se dezvoltă pe baza genotipului moștenit de la părinți. Genotipul determină caracteristicile dezvoltării sale, relația sa cu mediul extern, inclusiv posibilitatea unor modificări adaptative ca răspuns la schimbarea condițiilor externe. Dar indiferent de modul în care se schimbă un individ, genotipul său rămâne neschimbat. Prin urmare, unitatea elementară a evoluţiei este nu un individ, dar populatia. Totalitatea genotipurilor tuturor indivizilor dintr-o populație se numește pool de gene.În timpul evoluției, setul de genotipuri din grupul genetic al populațiilor se modifică. Unele genotipuri se răspândesc, în timp ce altele devin rare și dispar treptat.
Eficiența reproducerii și distribuției într-o populație a fiecărui genotip specific depinde de cât de mult corespunde fenotipul individului creat pe baza acestuia condițiilor care există la momentul și locul în care trăiește acest individ. Dacă un individ supraviețuiește pentru a se reproduce și produce descendenți, atunci îi transmite, în întregime sau parțial, genotipul care i-a permis să facă acest lucru, iar în generația următoare există mai mulți purtători ai acestui genotip „de succes”. Putem spune că genotipul său este distribuit în fondul genetic al populației. Dacă un individ moare înainte de reproducere sau nu lasă descendenți, atunci odată cu moartea sa, răspândirea genotipului său este oprită. În generația următoare vor fi relativ mai puțini purtători ai acestui genotip, care nu este potrivit pentru condițiile în care trăiește populația.
Condițiile de viață se schimbă nu numai în timp, ci și în spațiu. Fiecare specie ocupă un anumit teritoriu, care se numește o zonă. Uneori, raza de acțiune a speciei este limitată la o insulă mică, iar uneori acoperă continente întregi. Conditiile de viata ale indivizilor din părți diferite Gama speciilor răspândite variază foarte mult. Genotipurile care sunt benefice, de exemplu, în nordul intervalului, pot fi dăunătoare în sud. Ceea ce este bun la vale este rău la munte și invers. În fiecare populație, sunt selectate acele genotipuri care asigură cea mai bună adaptare a purtătorilor lor la condițiile locale. Frecvența genotipurilor care asigură supraviețuirea în văi crește în populațiile de văi și scade la populațiile de munte. Se formează diferențe genetice între populații. Cu toate acestea, între populațiile aceleiași specii există un schimb constant de indivizi și, prin urmare, programe genetice. Migrații animale, transferul de polen de plante, spori de ciuperci și microorganisme conduce la amestecarea constantă a compoziției genetice a populațiilor, la scăderea diferențelor dintre populații și la creșterea diversității în cadrul populațiilor.
Genotipurile în sine nu rămân constante. Elementele lor individuale – genele – se schimbă și ele în timp. Diferite mutații în gene diferite apar la diferiți indivizi, modificând genotipurile descendenților acestor indivizi. Toate organismele cu reproducere sexuală își transmit genotipurile descendenților lor nu complet, ci parțial - fiecare descendent primește jumătate din gene de la mamă și jumătate de la tată și se dovedește a fi purtător al unei combinații unice de alele primite de la părinți. . Fiecare individ are un genotip unic, care este transmis doar parțial (sau deloc) descendenților săi.
Deci putem descrie procesul de evoluţie ca modificare a frecvenţelor diferitelor alele din populaţii. Desigur, aceasta va fi o descriere incompletă și foarte simplificată a evoluției, dar această abordare ne va permite să ne imaginăm mai clar ce factori și în ce măsură determină procesul evolutiv.
O populație absoarbe variabilitatea ca un burete. Variabilitatea intraspecifică a organismelor vii a atras întotdeauna atenția îndeaproape a cercetătorilor, deși atitudinile față de aceasta s-au schimbat în timp. Pentru o lungă perioadă de timp era considerată ceva nesemnificativ, întunecând adevăratul aspect al speciei. Naturaliștii au văzut variabilitatea ca pe o pacoste care a împiedicat procesul de clasificare. C. Darwin a fost unul dintre primii care au înțeles că variabilitatea intraspecifică este sursa schimbărilor evolutive, iar studiul său este cheia înțelegerii procesului de evoluție. Un studiu detaliat al acestui fenomen a început.
Cea mai importantă contribuție la studiul variabilității populațiilor naturale de plante și animale a fost făcută de reprezentanții geneticii domestice N.I. Serebrovsky, S.S. Chetverikov, F.G. Dobrzhansky și alții. Au adunat materiale gigantice de la populațiile locale tipuri diferiteși a efectuat o analiză genetică detaliată a variației genetice vizibile și ascunse
S-a constatat că o parte semnificativă din diversitatea intraspecifică observată în natură în ceea ce privește trăsăturile calitative și cantitative se datorează prezenței în populații a multor alele diferite care controlează aceste trăsături. Dar de asemenea majoritatea diversitatea genetică s-a dovedit a fi ascunsă de observarea directă.
S.S. Chetverikov a fost primul care a văzut această parte ascunsă. În 1926 a publicat celebra lucrare „Despre anumite puncte proces evolutiv din punctul de vedere al geneticii moderne”. Istoricii științei cred asta articol scurt piatra de temelie a teoriei sintetice a evoluției. În această lucrare, el a fost primul care a estimat și a arătat cât de mare este variabilitatea genetică ascunsă a populațiilor naturale. El detine slogan: „O populație absoarbe variabilitatea ca un burete.” Aceasta este o imagine foarte exactă. Așa cum un burete absoarbe apa, tot așa și populația absoarbe multe mutații ascunse, inclusiv cele letale, rămânând în același timp uniformă în exterior și destul de viabilă. Indivizi diferiți dintr-o populație par foarte asemănători între ei. De fapt, ele diferă foarte semnificativ în genotipuri. Mulți dintre ei sunt heterozigoți pentru mutațiile recesive și nu diferă ca fenotip de homozigoți pentru alelele normale. Există și alte mecanisme pentru ascunderea și mascarea variabilității genetice, cum ar fi epistaza, incomplet penetranta si altii. Prezența unor astfel de mecanisme a făcut ca analiza variației genetice ascunse în populațiile naturale să fie o sarcină foarte dificilă. Pentru a-l identifica, a fost necesar să se izoleze indivizii de populații, să se efectueze încrucișări speciale și să se analizeze în detaliu descendenții.
Odată cu dezvoltarea metodelor de citologie, biochimie și biologie moleculară, au apărut noi abordări ale analizei variabilității genetice. Rezultatele acestor abordări arată că rezervorul de variație genetică este mult mai bogat decât am crezut anterior.
Analiza cromozomilor multor specii de plante și animale a arătat că sub asemănare exterioară indivizii și populațiile individuale din cadrul unei specii ascund uneori o diversitate fantastică de cariotipuri din cauza inversiilor, delețiilor, duplicărilor și translocațiilor. În populațiile unor specii de Drosophila și țânțari s-au găsit heterozigoți și homozigoți pentru mai multe inversiuni. Speciile diferă între ele atât în mulțime, cât și în frecvența de apariție a acestor rearanjamente cromozomiale. În aproape toate populațiile de șoareci de casă, s-au găsit purtători de duplicări multiple ale unei anumite gene. Scoara comună are mai mult de 60 de rase cromozomiale - populații care diferă unele de altele în cariotipuri. Această diversitate se datorează consolidării translocațiilor specifice fiecărei curse.
Analiza secvenței de aminoacizi din proteine a arătat că multe proteine din organismele vii sunt reprezentate nu de una, ci de mai multe forme, care diferă unele de altele prin substituții de aminoacizi individuali. O diversitate semnificativă a acestor forme a fost găsită în majoritatea populațiilor tuturor speciilor de animale și plante studiate. Astfel, în populațiile umane, au fost descoperite mai multe alele diferite ale genelor care codifică moleculele de hemoglobină și s-au găsit multe alele diferite ale genelor care controlează sinteza enzimelor.
Dar cea mai dramatică imagine a variabilității genetice enorme vine din analiza directă a secvențelor de nucleotide din ADN. S-a dovedit că aproape fiecare genă este reprezentată în populație nu într-una, ci în două sau mai multe forme, care diferă una de cealaltă prin înlocuirea a cel puțin o nucleotidă.
Toate aceste date arată că toate populațiile de animale și plante au acumulat rezerve gigantice de variabilitate genetică pe parcursul existenței lor. Refacerea acestor rezerve are loc în mod constant datorită proceselor de mutație și recombinare. Aceste rezerve creează potențialul de evoluție, posibilitatea unor schimbări diverse, adaptări la mediul în schimbare constantă și imprevizibilă în care trăiesc și se schimbă odată cu el toate organismele vii.
Întrebarea 1. Care este variabilitatea organismelor?
Variabilitatea este proprietatea organismelor de a dobândi noi caracteristici care le deosebesc de alte organisme din aceeași specie. Variabilitatea afectează toate proprietățile organismelor: caracteristici structurale, colorare, fiziologie, caracteristici comportamentale etc.
Întrebarea 2. Ce tipuri de variabilitate cunoașteți?
Există două forme principale de variabilitate - neereditară și ereditară (genetică).
Întrebarea 3. Care este variabilitatea ereditară a unei populații? De ce se modifică fondul genetic al unei populații în timp?
Variabilitatea ereditară a unei populații - cea mai importantă proprietate a acestui sistem supraorganism, care constă în faptul că populația în ansamblu este capabilă să dobândească caracteristici care o deosebesc de alte populații ale aceleiași specii. Pool de gene este totalitatea genelor unei populații date, un grup de populații ale unei anumite specii sau o specie în ansamblu. El este cel mai important indicator compoziţia genetică a întregii populaţii. Baza genetică a unei populații se modifică în timp datorită variabilității genotipurilor și ca urmare a selecției naturale.
Întrebarea 4. Ce fapte pot servi ca dovadă a naturii adaptative a schimbărilor în fondul genetic?
Un exemplu care demonstrează natura adaptativă a modificărilor în pool-ul genetic al unei populații este așa-numitul melanism industrial la molia mesteacănului. Culoarea aripilor acestui fluture imită culoarea scoarței de mesteacăn, pe care își petrec acești fluturi crepusculari. orele de zi zile.
În populațiile care trăiesc în zone industriale, de-a lungul timpului, au început să predomine fluturii întunecați extrem de rari anterior, în timp ce cei albi, dimpotrivă, au devenit rari. În grupurile de gene ale acestor populații, frecvența alelelor care determină colorația protectoare corespunzătoare s-a schimbat. Faptul este că insectele de culoare deschisă sunt foarte vizibile pe fundal întunecat trunchiuri și sunt consumate în principal de păsări. Dar în zonele rurale, dimpotrivă, insectele întunecate sunt vizibile clar pe trunchiuri usoareși ei sunt distruși de păsări.
Alt exemplu. Separarea finală a unuia dintre lacurile oxbow de canalul principal al râului Ishim a dus la formarea unei noi populații de biban cu aripioare de culoare închisă. Când lacul Oxbow a fost separat de râu timp de mai bine de 20 de ani, fundul rezervorului a devenit înfundat și acoperit de vegetație. plante acvatice, iar bibanii cândva obișnuiți cu pene de înotătoare viu colorate au început să fie prinși de pescari din ce în ce mai rar, au fost înlocuiți din ce în ce mai des de bibani cu pene de înotătoare plictisitoare; Literal, la câteva zeci de metri de lacul Oxbow din albia râului, pescarii încă prind bibani cu aripioare viu colorate.
Întrebarea 1. Numiți principalii factori ai evoluției.
Conform teoriei sintetice a evoluției, fenomenul evolutiv elementar de la care pornește speciația este o modificare a compoziției genetice (constituția genetică sau fondul genetic) a unei populații. Evenimentele și procesele care ajută la depășirea inerției genetice a populațiilor și duc la modificări ale fondurilor lor genetice sunt numite factori euloluconici elementari. Principalii factori (forțe) de evoluție sunt:
1) Factori provocând schimbareîn fondul genetic al populaţiei. Acestea includ variabilitatea ereditară, care furnizează material genetic nou populației, și valuri de populație, izolarea, care formează diferențe între pool-urile genetice ale diferitelor populații.
2) Un factor care permite unei populații să se dezvolte independent în raport cu alte populații sau împarte populația inițială în două sau mai multe noi. Acest factor este izolarea.
3) Un factor care dirijează procesul evolutiv și asigură consolidarea în populație anumite adaptăriși modificări ale organismelor. Selecția naturală servește ca un astfel de factor.
Întrebarea 2. Ce factor asigură apariția unui nou material genetic in populatie?
Factorul care asigură apariția unui material genetic fundamental nou este variabilitatea mutațională.
ÎN conditii favorabile existența, micile diferențe între indivizii aceleiași specii nu sunt foarte sesizabile și nu joacă un rol semnificativ. Cu toate acestea, în conditii nefavorabile chiar și micile modificări ereditare pot fi decisive și pot determina care indivizi dintr-o populație vor muri și care vor supraviețui. Variabilitatea ereditară oferă material pentru procesul evolutiv.
Mutațiile apar cu o anumită frecvență în toate organismele care locuiesc pe planeta noastră. Locația mutației (genă și cromozom) este aleatorie, astfel încât mutațiile pot afecta orice caracteristică și proprietăți ale unui individ, inclusiv cele care afectează viabilitatea, reproducerea și comportamentul. De-a lungul generațiilor, marea majoritate a mutațiilor se păstrează, începând cu cele care au apărut la cei mai vechi strămoși. Ca rezultat, setul de mutații din două populații ale aceleiași specii se dovedește a fi foarte asemănător. Pe de altă parte, vor fi prezente și diverse mutații. Numărul lor este un indicator al cât timp în urmă cele două populații au fost izolate una de cealaltă.
Astfel, procesul de mutație este o sursă de rezervă de variabilitate ereditară a populațiilor. De sprijin grad înalt diversitatea genetică a populațiilor, creează baza acțiunii selecției naturale.
Întrebarea 3. Selecția va acționa asupra purtătorilor de mutații recesive?
De regulă, purtătorii de mutații recesive (organisme heterozigote) nu diferă în mod semnificativ în proprietăți față de organismele dominante homozigote. Mai mult, în starea heterozigotă, multe mutații cresc viabilitatea indivizilor. Prin urmare, de obicei, selecția nu acționează asupra unor astfel de indivizi. După un anumit timp, populația se poate acumula suficient număr mare alele recesive, adică cota va crește organisme heterozigote. Acest lucru va duce la o creștere a probabilității întâlnirii lor și, în consecință, la nașterea (în 25% din cazuri) de homozigoți recesivi. De asemenea, trebuie avut în vedere că în natură mutațiile apar în combinație între ele. Unele combinații datorate interacțiunii genelor pot fi pozitive pentru un individ, crescând viabilitatea acestuia. Aici poate începe să acționeze selecția naturală.
Întrebarea 4. Dați un exemplu care ilustrează schimbarea semnificației unei mutații atunci când condițiile de mediu se schimbă.
Mutațiile care sunt dăunătoare în anumite condiții pot crește viabilitatea unui individ în alte condiții de mediu. Mutațiile care sunt dăunătoare în unele condiții pot crește viabilitatea. indivizi în alte condiţii de mediu. De exemplu, indivizii mutanți ai insectelor fără aripi sau cu aripi slab dezvoltate au un avantaj pe insulele oceanice și trecătorile montane unde bate vântul. Vânturi puternice. Din motive similare, a avut loc formarea unor specii exterminate acum de oameni, precum dodo și marele auk.
Un exemplu este o mutație la insecte care oferă rezistență la un pesticid. În timp, această mutație va fi neutră, iar apariția ei în populație va fi scăzută. Dar după ce acest pesticid începe să fie folosit pentru a controla insectele, mutația va deveni utilă, deoarece va asigura supraviețuirea indivizilor în condiții schimbate. Datorită acțiunii de selecție, proporția acestei mutații în fondul genetic al populației va crește brusc - cu cât mai repede, cu atât selecția este mai strictă, adică cu atât procentul de indivizi mor în fiecare generație din acțiunea pesticidului este mai mare. Este clar că astfel de evenimente se vor manifesta mult mai clar dacă mutația rezistenței la pesticid este dominantă.
Întrebarea 5. Este procesul de mutație capabil să exercite o influență direcțională asupra procesului de evoluție și de ce?
Procesul de mutație este un fenomen aleatoriu, nespecific. Mutațiile apar nedirecționat și nu au semnificație adaptativă, adică provoacă o variabilitate ereditară incertă (după Charles Darwin). Cu probabilitate egală, mutațiile pot duce la modificări în orice sistem de organe. Astfel, procesul de mutație în sine nu este capabil să exercite un efect de direcție asupra cursului evoluției.
Întrebarea 6. Ce este deriva genetică?
Deviere genetică este un proces de modificare aleatorie, nedirecțională a frecvențelor alelelor dintr-o populație. Se observă atunci când o populație trece printr-o stare de număr scăzut (așa-numitul efect „gât de sticlă”, care apare ca urmare a epidemilor, dezastre naturale). Ca rezultat al derivei genetice aleatorii, genetic populatii omogene trăind în condiții similare își pot pierde treptat asemănarea inițială. Deriva genetică este unul dintre factorii care contribuie la schimbarea populației.
Întrebarea 7. Ce factor duce la încetarea schimbului de informații genetice între populații? Care este semnificația sa evolutivă?
Încetarea schimbului de informații genetice este facilitată de izolare - restrângerea sau încetarea încrucișărilor de indivizi aparținând diferitelor populații. Izolarea poate fi spațială sau de mediu.
Izolarea geografică constă în separarea spațială a populațiilor datorită caracteristicilor peisajului din raza de acțiune a speciei - prezența bariere de apă pentru organisme „terestre”, suprafețe de uscat pentru specii acvatice, alternarea zonelor înălțate și câmpii. Este promovat de un stil de viață sedentar sau imobil (în plante).
Izolarea ecologică are loc dacă indivizii sunt separați de bariere de mediu în cadrul aceluiași peisaj, de exemplu, probabilitatea de a întâlni locuitori din părțile puțin adânci și adânci ale unui rezervor în timpul sezonului de reproducere este foarte scăzută. Izolarea ecologică pe termen lung contribuie la divergența populațiilor până la formarea de noi specii. Astfel, se presupune că viermii rotunzi umani și de porc, care sunt asemănători morfologic, provin dintr-un strămoș comun. Divergența lor, conform unei ipoteze, a fost facilitată de interzicerea consumului uman de carne de porc, care a fost răspândită din motive religioase. perioadă lungă de timp la un număr mare de oameni. Izolarea ecologică există datorită nuanțelor ritualului de curte, colorare, mirosuri, „cântare” femelelor și masculilor din diferite populații. Astfel, subspeciile de ciredeli - cu cap gri și cu cap negru - au semne pronunțate pe cap. Corbi gri din populațiile din Crimeea și din nordul Ucrainei, care nu se disting în exterior, se disting prin croc. Cu izolarea fiziologică, diferențele în structura organelor de reproducere sau pur și simplu diferențele în dimensiunea corpului servesc ca un obstacol în calea traversării. La plante, această formă de izolare este cauzată de adaptarea florii la un anumit tip de polenizator.
Izolarea în procesul de speciație interacționează cu alți factori evolutivi elementari. Îmbunătățește diferențele genotipice create de procesul de mutație și combinatoria genetică. Grupurile intraspecifice care apar din cauza izolării diferă în compoziția genetică și suferă o presiune de selecție inegală. Semnificația evolutivă a izolării constă în faptul că consolidează și sporește diferențele genetice dintre populații și creează condițiile prealabile pentru transformarea în continuare a acestor populații în specii separate.
Întrebarea 1. Care este variabilitatea organismelor?
Variabilitatea este proprietatea organismelor de a dobândi noi caracteristici care le deosebesc de alte organisme din aceeași specie. Variabilitatea afectează toate proprietățile organismelor: caracteristici structurale, colorare, fiziologie, caracteristici comportamentale etc.
Întrebarea 2. Ce tipuri de variabilitate cunoașteți?
Există două forme principale de variabilitate - neereditară și ereditară (genetică).
Întrebarea 3. Care este variabilitatea ereditară a unei populații? De ce se modifică fondul genetic al unei populații în timp?
Variabilitatea ereditară a unei populații este cea mai importantă proprietate a acestui sistem supraorganism, care constă în faptul că populația în ansamblu este capabilă să dobândească caracteristici care o deosebesc de alte populații ale aceleiași specii.
Baza de gene este suma tuturor genotipurilor reprezentate în populație. Este cel mai important indicator al compoziției genetice a întregii populații. Baza genetică a unei populații se modifică în timp datorită variabilității genotipurilor și ca urmare a selecției naturale.
Întrebarea 4. Ce fapte pot servi ca dovadă a naturii adaptative a schimbărilor în fondul genetic?
Un exemplu care demonstrează natura adaptativă a modificărilor în pool-ul genetic al unei populații este așa-numitul mecanism industrial în molia mesteacănului.
Culoarea aripilor acestui fluture imită culoarea scoarței de mesteacăn, pe care acești fluturi crepusculari își petrec orele de lumină.
În populațiile care trăiesc în zone industriale, de-a lungul timpului, au început să predomine fluturii întunecați extrem de rari anterior, în timp ce cei albi, dimpotrivă, au devenit rari. În grupurile de gene ale acestor populații, frecvența alelelor care determină colorația protectoare corespunzătoare s-a schimbat.
Caut pe aceasta pagina:
- care este variabilitatea organismelor
- ce este variația ereditară într-o populație
- de ce se modifică fondul genetic al unei populații în timp?
- ce fapte pot servi drept dovezi de natură adaptativă
- care este variabilitatea ereditară a unei populații de ce fondul genetic
Variabilitatea populațiilor naturale
Evoluția este o schimbare ereditară a proprietăților organismelor vii de-a lungul unei serii de generații. Ce factori fac posibilă evoluția? Cum și de ce se schimbă proprietățile organismelor vii? Ce asigură reproducerea durabilă a acestor proprietăți pe o serie de generații?
Charles Darwin credea ereditar variabilitatea indivizilor, lupta pentru existență și selecția naturală principalele forţe motrice (factori) ale procesului evolutiv . În prezent, cercetările din domeniul biologiei evoluționiste au confirmat validitatea acestei afirmații și au identificat o serie de alți factori care joacă un rol important în procesul de evoluție.
Populația este unitatea elementară a evoluției. Biologia evoluționistă modernă consideră populația ca unitatea elementară a evoluției. Populația numit comunitate indivizi din aceeași specie ocupând un anumit teritoriu și înrudiți între ei prin legături familiale.
Știți că evoluția este o schimbare ereditară a proprietăților și caracteristicilor organismelor vii de-a lungul unei serii de generații. . Aceasta înseamnă că indivizii nu pot evolua. Fiecare individ se dezvoltă pe baza genotipului moștenit de la părinți. Genotipul determină caracteristicile dezvoltării sale, relația sa cu Mediul extern, inclusiv posibilitatea unor modificări adaptative ca răspuns la schimbarea condițiilor externe. Dar indiferent de modul în care se schimbă un individ, genotipul său rămâne neschimbat. Prin urmare, unitatea elementară a evoluţiei este nu un individ, dar populatia . Totalitatea genotipurilor tuturor indivizilor dintr-o populație se numește pool de gene.În timpul evoluției, setul de genotipuri din grupul genetic al populațiilor se modifică. Unele genotipuri se răspândesc, în timp ce altele devin rare și dispar treptat.
Eficiența reproducerii și distribuției într-o populație a fiecărui genotip specific depinde de cât de mult corespunde fenotipul individului creat pe baza acestuia condițiilor care există la momentul și locul în care trăiește acest individ. Dacă un individ supraviețuiește pentru a se reproduce și produce descendenți, atunci îi transmite, în întregime sau parțial, genotipul care i-a permis să facă acest lucru, iar în generația următoare există mai mulți purtători ai acestui genotip „de succes”. Putem spune că genotipul său este distribuit în fondul genetic al populației. Dacă un individ moare înainte de reproducere sau nu lasă descendenți, atunci odată cu moartea sa, răspândirea genotipului său este oprită. În generația următoare vor fi relativ mai puțini purtători ai acestui genotip, care nu este potrivit pentru condițiile în care trăiește populația.
Condițiile de viață se schimbă nu numai în timp, ci și în spațiu. Fiecare specie ocupă un anumit teritoriu, care se numește o zonă. Uneori, raza de acțiune a speciei este limitată la o insulă mică, iar uneori acoperă continente întregi. Condițiile de viață ale indivizilor din diferite părți ale gamei speciilor răspândite variază foarte mult. Genotipurile care sunt benefice, de exemplu, în nordul intervalului, pot fi dăunătoare în sud. Ceea ce este bun la vale este rău la munte și invers. În fiecare populație, sunt selectate acele genotipuri care asigură cea mai bună adaptare a purtătorilor lor la condițiile locale. Frecvența genotipurilor care asigură supraviețuirea în văi crește în populațiile de văi și scade la populațiile de munte. Se formează diferențe genetice între populații. Cu toate acestea, între populațiile aceleiași specii există un schimb constant de indivizi și, în consecință, programe genetice. Migrații animale, transferul de polen de plante, spori de ciuperci și microorganisme conduce la amestecarea constantă a compoziției genetice a populațiilor, la scăderea diferențelor dintre populații și la creșterea diversității în cadrul populațiilor.
Genotipurile în sine nu rămân constante. Elementele lor individuale – genele – se schimbă și ele în timp. Diferite mutații în gene diferite apar la diferiți indivizi, modificând genotipurile descendenților acestor indivizi. Toate organismele cu reproducere sexuală își transmit genotipurile descendenților lor nu complet, ci parțial - fiecare descendent primește jumătate din gene de la mamă și jumătate de la tată și se dovedește a fi purtător al unei combinații unice de alele primite de la părinți. . Fiecare individ are un genotip unic, care este transmis doar parțial (sau deloc) descendenților săi.
Deci putem descrie procesul de evoluţie ca modificare a frecvenţelor diferitelor alele din populaţii. Desigur, aceasta va fi o descriere incompletă și foarte simplificată a evoluției, dar această abordare ne va permite să ne imaginăm mai clar ce factori și în ce măsură determină procesul evolutiv.
O populație absoarbe variabilitatea ca un burete. Variabilitatea intraspecifică a organismelor vii a atras întotdeauna atenția îndeaproape a cercetătorilor, deși atitudinile față de aceasta s-au schimbat în timp. Multă vreme a fost considerat ceva nesemnificativ, ascunzând adevăratul aspect al speciei. Naturaliștii au văzut variabilitatea ca pe o pacoste care a împiedicat procesul de clasificare. C. Darwin a fost unul dintre primii care au înțeles că variabilitatea intraspecifică este sursa schimbări evolutive, iar studiul său este cheia înțelegerii procesului de evoluție. Un studiu detaliat al acestui fenomen a început.
Contribuție majoră Reprezentanții geneticii ruse N.I Vavilov, A.S Serebrovsky, S.S. au contribuit la studiul variabilității populațiilor naturale de plante și animale. Chetverikov, F.G. Dobrzhansky și alții. Ei au colectat material enorm de la populațiile locale de diferite specii și au efectuat o analiză genetică detaliată a variabilității genetice explicite și ascunse.
S-a constatat că o parte semnificativă a ceea ce se observă în natură diversitatea intraspecifică din punct de vedere al caracteristicilor calitative și cantitative se datorează prezenței în populații a multor alele diferite care controlează aceste caracteristici. Dar o parte și mai mare a diversității genetice a fost ascunsă de observația directă.
S.S. Chetverikov a fost primul care a văzut această parte ascunsă. În 1926, a publicat celebra lucrare „Despre unele puncte ale procesului evolutiv din punctul de vedere al geneticii moderne”. Istoricii științei consideră această scurtă lucrare ca fiind piatra de temelie a teoriei sintetice a evoluției. În această lucrare, el a fost primul care a estimat și a arătat cât de mare este variabilitatea genetică ascunsă a populațiilor naturale. El deține sloganul: „O populație absoarbe variabilitatea ca un burete”. Aceasta este o imagine foarte exactă. Așa cum un burete absoarbe apa, tot așa și populația absoarbe multe mutații ascunse, inclusiv cele letale, rămânând în același timp uniformă în exterior și destul de viabilă. Indivizi diferiți dintr-o populație par foarte asemănători între ei. De fapt, ele diferă foarte semnificativ în genotipuri. Mulți dintre ei sunt heterozigoți pentru mutațiile recesive și nu diferă ca fenotip de homozigoți pentru alelele normale. Există și alte mecanisme pentru ascunderea și mascarea variabilității genetice, cum ar fi epistaza, incomplet penetranta si altii. Prezența unor astfel de mecanisme a făcut ca analiza variației genetice ascunse în populațiile naturale să fie foarte mare sarcina dificila. Pentru a-l identifica, a fost necesar să se izoleze indivizii de populații, să se efectueze încrucișări speciale și să se analizeze în detaliu descendenții.
Odată cu dezvoltarea metodelor de citologie, biochimie și biologie moleculară, au apărut noi abordări ale analizei variabilității genetice. Rezultatele acestor abordări arată că rezervorul de variație genetică este mult mai bogat decât am crezut anterior.
Analiza cromozomilor multor specii de plante și animale a arătat că, sub similitudinea exterioară a indivizilor și populațiilor din cadrul unei specii, o diversitate fantastică de cariotipuri este uneori ascunsă, cauzată de inversiuni, deleții, duplicări și translocări. În populațiile unor specii de Drosophila și țânțari s-au găsit heterozigoți și homozigoți pentru mai multe inversiuni. Speciile diferă între ele atât în mulțime, cât și în frecvența de apariție a acestor rearanjamente cromozomiale. În aproape toate populațiile de șoareci de casă, s-au găsit purtători de duplicări multiple ale unei anumite gene. Scoara comună are mai mult de 60 de rase cromozomiale - populații care diferă unele de altele în cariotipuri. Această diversitate se datorează consolidării translocațiilor specifice fiecărei curse.
Analiza secvenței de aminoacizi din proteine a arătat că multe proteine din organismele vii sunt reprezentate nu de una, ci de mai multe forme, care diferă unele de altele prin substituții de aminoacizi individuali. O diversitate semnificativă a acestor forme a fost găsită în majoritatea populațiilor tuturor speciilor de animale și plante studiate. Astfel, în populațiile umane, au fost descoperite mai multe alele diferite ale genelor care codifică moleculele de hemoglobină și s-au găsit multe alele diferite ale genelor care controlează sinteza enzimelor.
Dar cea mai dramatică imagine a variabilității genetice enorme vine din analiza directă a secvențelor de nucleotide din ADN. S-a dovedit că aproape fiecare genă este reprezentată în populație nu într-una, ci în două sau mai multe forme, care diferă una de cealaltă prin înlocuirea a cel puțin o nucleotidă.
Toate aceste date arată că toate populațiile de animale și plante au acumulat rezerve gigantice de variabilitate genetică pe parcursul existenței lor. Refacerea acestor rezerve are loc în mod constant datorită proceselor de mutație și recombinare. Aceste rezerve creează potențialul de evoluție, posibilitatea unor schimbări diverse, adaptări la mediul în schimbare constantă și imprevizibilă în care trăiesc și se schimbă odată cu el toate organismele vii.