Отбор против гомозигот пример. Отбор и контротбор. Стохастические процессы в популяциях

88. Отбор в пользу и против гетерозигот. Примеры.

Отбор против гетерозигот хорошо виден на примере резус-отрицательных людях. Если резус-фактор матери отрицателен, а отца положителен – происходит эритробластоз плода. Гетерозиготы плохо приспособлены. В популяции происходит гомозиготизация населения. В популяции существует естественный отбор и в пользу гетерозигот. Например, существуют несколько видов гемоглобина. Hb A, Hb S. Они дадут 3 генотипа:

Hb S Hb S – серповидно-клеточная анемия.

В результате точковой мутации гемоглобин теряет растворимость, эритроцит приобретает форму серпа, развивается анемия и весьма вероятен летальный исход (большинство людей не доживают до половой зрелости). Однако в некоторых районах неблагоприятных по малярии было замечено, что гетерозиготы не болеют этим заболеванием и не умирают от нее. В нормальных условиях более приспособлены Hb A Hb A, на равнинах наблюдается гипоксия людей с Hb A Hb S. В неблагоприятных условиях приспособительная способность Hb A Hb A менее 1.

89.Генетический груз и его эволюционное значение

Вывод: беречь окружающую среду.

Генетический груз – часть наследственной изменчивости популяции, определяющая появление менее приспособленных особей, подвергающихся избирательной гибели в результате естественного отбора.

Существует 3 типа генетического груза.

Мутационный.

Сегрегационный.

Субституционный.

Каждый тип генетического груза коррелирует с определенным типом естественного отбора.

Мутационный генетический груз - побочное действие мутационного процесса. Стабилизирующий естественный отбор удаляет вредные мутации из популяции.

Сегрегационный генетический груз – характерен для популяций, использующих преимущество гетерозигот. Удаляются хуже приспособленные гомозиготные особи. Если обе гомозиготы летальны – половина потомков погибает.

Субституционный генетический груз – происходит замена старого аллеля новым. Соответствует движущей форме естественного отбора и переходному полиморфизму.

Впервые генетический груз в популяции человека был определен в 1956г в Северном полушарии и составил 4%. Т.е. 4% детей рождались с наследственной патологией. За последующие годы было введено более миллиона соединений в биосферу (более 6000 ежегодно). Ежедневно – 63000 химических соединений. Растет влияние источников радиоактивного излучения. Структура ДНК нарушается.

Генетическая гибель- гибель организмов, обусловленная естественны отбором, она уменьшает репродуктивный потенциал популяции.

90.Генетический полиморфизм: классификация. Адаптивный потенциал популяции человека

Полиморфизм – существование в единой панмиксной популяции двух и более резко различающихся фенотипов.

Полиморфизм бывает:

Хромосомный;

Переходный;

Сбалансированный.

Генетический полиморфизм наблюдается, когда ген представлен более чем одним аллелем. Пример – системы групп крови.

3 аллеля -А, В, О.

J ª J ª, J ª J ° - А

J ª J в, J в J ° - В

J ª J в - АВ

J ° J ° - О

Генетический полиморфизм широко распространен и лежит в основе наследственной предрасположенности к заболеваниям. Однако болезни наследственных предрасположений проявляются лишь при взаимодействии генов и среды. Условия среды – недостаток или избыток питательных веществ, наличие психогенных факторов, токсических веществ и др.

Генетический полиморфизм создает все условия для протекающей эволюции. При появлении нового фактора в среде популяция способна адаптироваться к новым условиям. Например, устойчивость насекомых к различным видам инсектицидов.

Хромосомный полиморфизм – между особями имеются различия по отдельным хромосомам. Это результат хромосомных аббераций. Есть различия в гетерохроматиновых участках. Если изменения не имеют патологических последствий – хромосомный полиморфизм, характер мутаций – нейтрален.

Переходный полиморфизм – замещение в популяции одного старого аллеля новым, который более полезен в данных условиях. У человека есть ген гаптоглобина - Нр1f, Hp 2fs. Старый аллель - Нр1f, новый - Нр2fs. Нр образует комплекс с гемоглобином и обусловливает слипание эритроцитов в острую фазу заболеваний.

Сбалансированный полиморфизм – возникает, когда ни один из генотипов преимущества не получает, а естественный отбор благоприятствует разнообразию.

Широкий полиморфизм помогает популяции приспосабливаться к условиям среды. У здоровых людей нет противоречия между средой и генотипом, если возникает это противоречие - проявляются болезни наследственного предрасположения.

Есть моногенные и полигенные болезни.

Моногенные болезни наследственного предрасположения – наследственные заболевания, проявляющиеся из-за мутации одного гена или проявляющиеся при действии определенного фактора среды (аутосомно-рецессивные или сцепленные с Х-хромосомой).

Проявляются при воздействии факторов:

Физических;

Химических;

Пищевых;

Загрязнения среды.

Пигментная ксеродерма - веснушчатая кожа особого типа.

Дети не переносят УФ-свет возникают злокачественные опухоли, такие дети умирают от метастаз еще до 15 лет. Не переносят также и гамма-лучей.

Полигенные болезни наследственного происхождения – такие болезни, которые возникают при действии многих факторов (мультифакториальные) и в результате взаимодействия многих генов.

Установить диагноз в таком случае очень сложно, т.к. действует много факторов, и появляется новое качество при взаимодействии факторов.

Генетический полиморфизм человечества: масштабы, факторы формирования. Значение генетического разнообразия в прошлом, настоящем и будущем человечества (медико-биологический и социальный аспекты).

Генетический полиморфизм (наследственное разнообразие) - это сохранение в генофонде популяции различных аллелей одного и того же гена в концентрации, превышающей по наиболее редкой форме 1%. Это разнообразие поддерживается отбором, но создается мута­ционным процессом. Естественный отбор в этом случае может иметь два механизма: отбор против гомозигот в пользу гетерозигот и отбор против гетерозигот в пользу гомозигот.

В первом случае отбором сохраняются гетерозиготные генотипы популяции и устраняются доминантные и рецессивные гомозиготы. Во втором случае накапливаются в генофонде гомозиготные геноти­пы и происходит устранение гетерозигот. При действии первого меха­низма возникает балансированный полиморфизм, при действии вто­рого - адаптационный.

Адаптационный полиморфизм возникает в том случае, когда в различных, но закономерно изменяющихся условиях среды отбор благоприятствует разным генотипам. В человеческих пуляциях это более редкая форма полиморфизма. Наиболее часто проявляется балансированный полиморфизм. Он очень распрост­ранен в человеческих популяциях, усиливает гетерозиготизацию, а значит, устойчивость организмов к воздействию факторов среды. Сред-няя степень гетерозиготности в человеческих популяциях составляет 6,7%. Генетическое разнообразие в популяциях человека приводит к фенотипическому разнообразию. Наиболее значительно оно по бел­ковому составу, например по ферментам в генетической системе че­ловека 30% локусов имеют разнообразные гены. У человека имеется около ста полиморфных систем. Значение балансированного полиморфизма заключается в том, что он поддерживает беспредельную генетическую гетерогенность популяции, обеспечивает генетическую индивидуальность каждого человека.

Для медицины изучение балансированного полиморфизма пред­ставляет особую важность в связи с тем, что, во-первых, проявляется неравномерность распределения наследственных заболеваний в по­пуляциях; во-вторых, различается степень предрасположенности к болезням; в-третьих, отмечается индивидуальный характер течения болезни и разная ее тяжесть; в-четвертых, имеет место различная ответная реакция на лечебные мероприятия. Отрицательное прояв­ление балансированного полиморфизма проявляется, прежде всего, в наличии генетического груза.

Билет 92.

Макроэволюция. Ее соотношение с микроэволюцией. Формы филогенеза (эволюции групп): филетическая и дивергентная эволюция, конвергентная эволюция и параллелизм. Примеры.

Макроэволюция – это процесс формирования крупных систематических единиц: новых родов, семейств и т.д. Макроэволюция осуществляется на протяжении огромных промежутков времени, и непосредственно изучать ее невозможно. Тем не менее в основе макроэволюции лежат те же движущие силы, что и в основе микроэволюции: наследственная изменчивость, естественный отбор и репродуктивное разобщение.

Понятие макроэволюции. Понятием «макроэволюция» обозначают происхождение надвидовых таксонов (родов, отрядов, классов, типов, отделов). В общем смысле макроэволюцией можно назвать развитие жизни на Земле в целом, включая ее происхождение. Макроэволюционным событием считается также возникновение человека, по многим признакам отличающегося от других биологических видов.

Между микро- и макроэволюцией нельзя провести резкую грань, потому что процесс микроэволюции, первично вызывающий дивергенцию популяций (вплоть до видообразования), продолжается без какого-либо перерыва и на макроэволюци-онном уровне внутри вновь возникших форм.

Отсутствие принципиальных различий в протекании микро- и макроэволюции позволяет рассматривать их как две стороны единого эволюционного процесса и применять для его анализа понятия, разработанные в теории микроэволюции, поскольку макроэволюционные явления (возникновение новых семейств, отрядов и других групп) охватывают десятки миллионов лет и исключают возможность их непосредственного экспериментального исследования.

Среди форм филогенеза выделяют пер­вичные - филетическую эволюцию и ди­вергенцию, лежащие в основе любых изме­нений таксонов.

Филетическая эволюция - это изме­нения, происходящие в одном филогене­тическом стволе (без учета всегда воз­можных дивергентных ответвлений). Без таких изменений не может протекать никакой эволюционный процесс, и поэтому филетическую эволюцию можно счи­тать одной из элементарных форм эво­люции. Филетическая эволю­ция происходит в пределах любой ветви древа жизни: любой вид развивается во вре­мени, и как бы ни были похожи между со­бой особи вида (разделенные, скажем, не­сколькими тысячами поколений в неизбеж­но меняющейся среде), вид в целом должен за это время в чем-то измениться. Это фи­летическая эволюция на микроэволюцион­ном уровне. Проблемы филетической эво­люции на макроэволюционном уров­не - изменение во времени близкородст­венной группы видов.

В «чистом» виде (как эволюция без ди­вергенции) филетическая эволюция может характеризовать лишь сравнительно корот­кие периоды эволюционного процесса

Дивергенция - другая первичная фор­ма эволюции таксона. В результате измене­ния направления отбора в разных условиях происходит дивергенция (расхождение) вет­вей древа жизни от единого ствола предков.

Начальные стадии дивергенции можно наблюдать на внутривидовом (микроэволю­ционном) уровне, на примере возникнове­ния различий по каким-либо признакам в отдельных частях видового населения. Так, дивергенция популяций может приводить к видообразованию

Уже Ч. Дарвин подчеркивал огромную роль дивергенции в процессе развития жиз­ни на Земле. Таков главный путь возникно­вения органического многообразия и посто­янного увеличения «суммы жизни». Меха­низм дивергентной эволюции основан на действии элементарных эволюционных фак­торов. В результате изоляции, волн жизни, мутационного процесса и в особенности естественного отбора популя­ции и группы популяций приобретают и со­храняют в эволюции признаки, все более заметно отличающие их от родительского вида. В какой-то момент эволюции (этот «момент» может длиться много поколений, а для эволюции даже сотни поколе­ний - мгновение) накопившиеся различия окажутся настолько значительными, что приведут к распаду исходного вида на два (и более) новых.

Несмотря на принципиальное сходство процессов дивергенции внутри вида (микро­эволюционный уровень) и в группах более крупных, чем вид (макроэволюционный уро­вень), между ними существует и важное различие, состоящее в том, что на микро­эволюционном уровне процесс диверген­ции обратим: две разошедшиеся популя­ции могут легко объединиться путем скре­щивания в следующий момент эволюции и существовать вновь как единая популяция. Процессы же дивергенции в макроэволю­ции необратимы: раз возникший вид не может слиться с прародительским (в ходе филетической эволюции и тот и другой вид неизбежно изменится, и если даже какие-то части этих видов в будущем вступят на путь сетчатой эволюции, или семгенеза, то это не будет возврат к старому.

Дивергенция и филетическая эволю­ция - основа всех изменений филогенети­ческого древа и первичные формы протека­ния процесса эволюции любого масштаба в природе.

Самые сложные явления эволюции - это филогенетический параллелизм и филогенетическая конвергенция

Параллелизм - это процесс филетического развития в сходном направлении двух или нескольких генетически близких таксонов. Довольно часто в качестве одной из форм филогенеза называют конвергенцию. Однако конвергентно может возникать только морфофизиологическое сходство по отдельным или нескольким признакам. Образование одного таксона выше уровня вида из двух различных, по-видимому, невозможно.

Очень важно учитывать, что явления направленной эволюции выражаются не только в развитии в одном направлении, но и чаще всего в независимом приобретении организмами ряда общих признаков, отсутствовавших у предков. Если при этом проявляется прямая зависимость специфики приобретаемого признака от функции (например, веретеновидная форма тела у нектонных организмов), то мы говорим о конвергенциях. Если же наряду с функциональными моментами отчетливо проявляется зависимость приобретаемого признака от общих унаследованных особенностей организма, то мы предпочитаем говорить о филогенетических параллелизмах (Татаринов,1983, 1984). Параллелизмы особенно характерны для организмов, связанных относительно тесным родством. Обычно именно этот критерий, измеряемый рангом таксона, кладется в основу различения параллелизмов и конвергенции.

Билет 93.

Макроэволюция. Типы (направления) эволюции групп. Арогенез и ароморфозы. Аллогенез и идиоадаптации. Примеры.

В зависимости от того, изменяется ли уровень организации в эволюционирующих группах, выделяют два основных типа эволюции: аллогенез и арогенез.

При аллогенезе у всех представителей данной группы сохраняются без изменения основные черты строения и функционирования систем органов, благодаря чему уровень организации их остается прежним. Аллогенная эволюция происходит в пределах одной адаптивной зоны - совокупности экологических ниш, различающихся в деталях, но сходных по общему направлению действия основных средовых факторов на организм данного типа. Интенсивное заселение конкретной адаптивной зоны достигается благодаря возникновению у организмов идиоадаптаций - локальных морфофизиологических приспособлений к определенным условиям существования. Пример аллогенеза с приобретением идиоадаптаций к разнообразным условиям обитания в отряде насекомоядных млекопитающих

Арогенез - такое направление эволюции, при котором у некоторых групп внутри более крупного таксона появляются новые морфофизиологические особенности, приводящие к повышению уровня их организации. Эти новые прогрессивные черты организации называют ароморфозами. Ароморфозы позволяют организмам заселять принципиально новые, более сложные адаптивные зоны. Так, арогенез ранних земноводных был обеспечен появлением у них таких основных ароморфозов, как пятипалые конечности наземного типа, легкие и два круга кровообращения с трехкамерным сердцем. Завоевание адаптивной зоны с более сложными для жизни условиями (наземной по сравнению с водной, воздушной по сравнению с наземной) сопровождается активным расселением в ней организмов с появлением у них локальных идиоадаптаций к различным экологическим нишам.

Таким образом, периоды арогенной эволюции группы могут сменяться периодами аллогенеза, когда в результате возникающих идиоадаптаций новая адаптивная зона заселяется и используется наиболее эффективно. Если в ходе филогенеза организмы осваивают более 49

Билет 94.

Макроэволюция. Биологический прогресс и биологический регресс, их основные критерии. Эмпирические правила эволюции групп. Примеры.

Прогресс и его роль в эволюции. На протяжении всей истории живой природы ее развитие осуществляется от более простого к более сложному, от менее совершенного к более совершенному, т.е. эволюция носит прогрессивный характер. Таким образом, общий путь развития живой природы - от простого к сложному, от примитивного к более совершенному. Именно этот путь развития живой природы и обозначают термином «прогресс». Однако всегда закономерно возникает вопрос: почему же в современной фауне и флоре одновременно с высокоорганизованными существуют низкоорганизованные формы? Когда подобная проблема встала перед Ж.Б. Ламарком, он вынужден был прийти к признанию постоянного самозарождения простых организмов из неорганической материи. Ч. Дарвин же считал, что существование высших и низших форм не представляет затруднений для объяснения, так как естественный отбор, или выживание наиболее приспособленных, не предполагает обязательного прогрессивного развития - он только дает преимущество тем изменениям, которые благоприятны для обладающего ими существа в сложных условиях жизни. А если от этого нет никакой пользы, то естественный отбор или не будет вовсе совершенствовать эти формы, или усовершенствует их в очень слабой степени, так что они сохранятся на бесконечные времена на их современной низкой ступени организации.

Процесс эволюции идет непрерывно в направлении максимального приспособления живых организмов к условиям окружающей среды (т. е. происходит возрастание приспособленности потомков по сравнению с предками). Такое возрастание приспособленности организмов к окружающей среде А.Н. Северцов назвал биологическим прогрессом. Постоянное возрастание приспособленности организмов обеспечивает увеличение численности, более широкое распространение данного вида (или группы видов) в пространстве и разделение на подчиненные группы.

Критериями биологического прогресса являются:

увеличение численности особей;

расширение ареала;

прогрессивная дифференциация - увеличение числа систематичес ких групп, составляющих данный таксон.

Эволюционный смысл выделенных критериев заключается в следующем. Возникновение новых приспособлений снижает элиминацию особей, в результате средний уровень численности вида возрастает. Стойкое повышение численности потомков по сравнению с предками приводит к увеличению плотности населения, что, в свою очередь, через обострение внутривидовой конкуренции вызывает расширение ареала; этому же способствует и возрастание приспособленности. Расширение ареала приводит к тому, что вид при расселении сталкивается с новыми факторами среды, к которым необходимо приспосабливаться. Так происходит дифференциация вида, усиливается дивергенция, что ведет к увеличению дочерних таксонов. Таким образом, биологический прогресс - это наиболее общий путь биологической эволюции.

В работах по теории эволюции иногда встречается термин «морфофи-зиологический прогресс». Под морфофизиологическим прогрессом понимают усложнение и совершенствование организации живых организмов.

Регресс и его роль в эволюции. Биологический регресс - явление, противоположное биологическому прогрессу. Он характеризуется снижением численности особей вследствие превышения смертности над рождаемостью, сужением или разрушением целостности ареала, постепенным или быстрым уменьшением видового многообразия группы. Биологический регресс может привести вид к вымиранию. Общая причина биологического регресса - отставание темпов эволюции группы от скорости изменения внешней среды. Эволюционные факторы действуют непрерывно, в результате чего происходит совершенствование приспособлений к изменяющимся условиям среды. Однако когда условия изменяются очень резко (очень часто из-за непродуманной деятельности человека), виды не успевают сформировать соответствующие приспособления. Это приводит к сокращению численности видов, сужению их ареалов, угрозе вымирания. В состоянии биологического регресса находятся многие виды. Среди животных это, например, крупные млекопитающие, такие как уссурийский тигр, гепард, белый медведь, среди растений - гинкговые, представленные в современной флоре одним видом - гинкго двулопастным.

Происхождение и развитие крупных групп организмов (типов, отделов, классов) называется макроэволюцией. Развитие живой природы от более простых форм к более сложным называется прогрессом. Выделяют биологический и морфофизиологический прогресс. Явление, противоположное прогрессу, называется регрессом. Биологический регресс может привести к вымиранию группы в целом или большей части ее видов.

Видообразование может быть рассмотрено в территориальном и филогенетическом аспектах. Новый вид может возникнуть из одной или группы смежных популяций, расположенных на периферии ареала исходного вида. Такое видообразование называется аллопатрическим (от греч. allos -- иной и patris -- родина). В других случаях новый вид может возникнуть внутри ареала исходного вида, как бы внутри вида; этот путь видообразования называется симпатрическим (от греч. syn -- вместе и patris -- родина). Новый вид может возникнуть посредством постепенного изменения одного и того же вида во времени, без какой-либо дивергенции исходных групп. Такое видообразование называется филетическим. Новый вид может возникнуть путем разделения единого предкового вида (дивергентное видообразование). Наконец, новый вид может возникнуть в результате гибридизации двух уже существующих видов -- гибридогенное видообразование.

70. Популяционная структура человечества. Демографическая характе­ристика и ее значение вмедико - генетической оценке популяций. Роль системы браков в распределении аллелей в популяции. Использование законов Харди Вайнберга в характеристике генетической структуры популяций человека. Особенности действия элементарных эволюционных факторов в человеческих популяциях.

Популяция человека – группа людей, занимающих одну территорию и свободно вступающих в брак.

Популяционна структура человечества- структура, состоящая из локальных популяций, или демов, находящихся в определенных отношениях друг с другом.

Демографические характеристики популяций можно разделить на две группы: статические и динамические. Статические характеристики популяций могут быть определены для конкретного момента времени; примером таких характеристик может быть численность популяции. Как бы быстро ни изменялась эта величина, в любой момент мы потенциально можем установить, сколько особей входит в состав той или иной популяции. К этой же категории, кроме численности популяций, относится ее половозрастной состав (соотношение в ней особей разного возраста и пола), плотность (отношение численности популяции к занимаемой ею площади или объему), характерное распределение особей в пространстве и некоторые другие параметры.

плотность - количество особей, приходящихся на единицу пространства

Еще одной статической характеристикой является пространственное распределение особей и их групп. Выделяют три основных типа пространственных распределений: случайное, регулярное и групповое. При случайном распределении нахождение каждой особи никак не зависит от расположения других особей. В природе оно встречается довольно редко.

Рождаемость, смертность, миграции - динамические характеристики .

При рассмотрении изменения численности необходимо также учитывать продолжительность жизни.

Популяции из 1500-4000 человек называют демами , популяции численностью до 1500 человек - изолятами. Для демов и изолятов типичен относительно низкий естественный прирост населения - соответственно порядка 20% и не более 25% за поколение. Частота внутригрупповых браков в них составляет 80-90% и свыше 90%, а приток лиц из других групп сохраняется на уровне 1-2% и менее 1%. В силу высокой частоты внутригрупповых браков члены изолятов, просуществовавших четыре поколения (примерно 100 лет) и более, являются не менее чем троюродными братьями и сестрами (сибсами).

В больших по размерам популяциях распределение аллелей отдельных генов в генотипах индивидуумов последовательных поколений подчиняется закону Харди - Вайнберга. Это используют в медико-генетической практике для расчета доли гетерозигот - носителей определенного рецессивного аллеля. Так, в Швеции в 1965-1974 гг. страдающие фенилкетонурией встречались с частотой примерно 1: 40000. Исходя из закона Харди - Вайнберга, по локусу, представленному двумя аллелями, три возможных генотипа (A l A 1 , A 1 A 2 и А 2 А 2) распределяются с частотой р 2 , 2pq, q 2 . Следовательно, q 2 = 1/40000, a q = 1/200. Частота доминантного аллеля нормального обмена фенилаланина р=1-q=l- 1/200 = 199/200. Тогда частота гетерозигот 2pq = 2 х (1/200) (199/200) = 2 (199/40000). При найденных частотах доминантного и рецессивного аллелей популяция численностью 40 000 человек содержит одного больного фенилкетонурией (А 2 А 2) и 400 носителей неблагоприятного аллеля в гетерозиготном состоянии (A 1 A 2). Остальные члены популяции гомозиготны по благоприятному доминантному аллелю (A l A 1).

Отбор против гомозигот

Гомозиготы по многим рецессивным аутосомным заболеваниям обычно элиминируются, не достигнув репродуктивного возраста. Так, гомозиготы по аллелю серповидноклеточности эритроцитов (HbS/HbS) умирают от серповидноклеточной анемии в детском возрасте.

Отбор против гомозигот обусловлен также повышенной жизненной силой гетерозигот (явление гетерозиса)

Отбор против гетерозигот

Отбор направленный против гетерозигот отбор приводит к уменьшению частоты более редкого (рецессивного,) аллеля

Такая форма отбора наблюдается при очень высокой конкуренции, так как гетерозиготы (средние варианты) проигрывают в этой ситуации борьбу за существование с обеими гомозиготами - разные гомозиготы (АА и аа) отличаются друг от друга в большей степени, чем от гетерозиготы

71. Мутационный процесс и генетиче­ская комбинаторика в формировании генетической гетерогенности попу­ляций и уникальности индивидов. Опасность индуцированного мутагене­за. Мутационный груз, его биологическая сущность и биологическое зна­чение.

Мутационный процесс

Мутационный процесс у человека сходен с таковым у других организмов по всем основным показателям - средней частоте мутирования на локус или геном за поколение, генетико-физиологическим характеристикам мутаций, наличию антимутационных барьеров. Это совпадение неслучайно. Основные характеристики спонтанного мутагенеза формировались на начальных этапах эволюции жизни под действием таких постоянных факторов, как ультрафиолетовое и иные виды излучения, температура, определенная химическая среда.

Хотя оценка частоты возникновения мутаций у людей встречает серьезные трудности, некоторые подходы к получению таких данных имеются. Согласно одному из них, максимальная определяемая вероятность новой мутации составляла 2,24 · 10 -5 на один локус в поколении.

В настоящее время давление мутационного процесса на генофонд человечества, по-видимому, усиливается благодаря росту индуцированных мутаций. Их причиной нередко служат факторы, возникающие в связи с производственной деятельностью человека в условиях научно-технической революции, например ионизирующее излучение. Подсчет прироста количества мутаций сверх фоновых значений встречается с теми же трудностями, о которых шла речь выше. Согласно ориентировочным данным, доза в 1 Гр (грей), получаемая при низком уровне радиации мужчинами, индуцирует от 1000 до 2000 мутаций с серьезными фенотипическими последствиями на каждый миллион живых новорожденных. У женщин эта цифра ниже - 900.

Мутагенные факторы индуцируют мутации как в половых, так и в соматических клетках. В последнем случае результат может состоять в повышении частоты определенных заболеваний, прежде всего злокачественных опухолей. В отношении ионизирующих излучений, в частности, это лейкозы. Далее идут рак молочной железы и щитовидной железы

Генетиче­ская комбинаторика

В рез-те постоянных скрещиваний в популяции возникает множество новых сочетаний аллелей. Эта генетическая комбинаторика многократно изменяет значение мутаций: они входят в новые геномы, оказываются в разной генотипической среде. Потенциально число таких комбинаций генетического материала в любой популяции невообразимо велико, но реализуется лишь ничтожная часть из этого теоретически возможного числа вариантов. Реально осуществленная часть комбинаций определяет то обстоятельство, что практически любая особь оказывается генетически уникальной. Это важно для действия естественного отбора.

Комбинативная изменчивость связана с механизмом распределения хромосом в мейозе, случайной встречей гамет при оплодотворении и процессом кроссинговера – мощный фактор, повышающий гетерогенность популяций.

Но безграничная изменчивость была ба вредна для организма, т. к. не позволяла бы закрепиться полезным комбинациям генов. В эв-ции выработались механизмы не только увеличивающие, но и снижающие генотипическую изменчивость.

На уровне особи ген. стабильность поддерживается механизмом мейоза и распределением генов в геноме по группам сцепления в определенных условиях, а на уровне ДНК – механизмами репарации.

На уровне популяции – связано с нарушением панмиксии и гибелью части особей в процессе борьбы за сущ-ие.

По любому признаку или св-ву в популяции наблюдается достаточная степень изменчивости, обеспечивающая потенциальную возможность изменчивости данного признака или свойства в череде поколений под давлением эволюционных факторов.

Опасность индуцированного мутагене­за

Чтобы оценить давление мутаций на популяции человека, необходимо выяснить ряд особенностей о влиянии на ДНК химических и физических мутагенов как в отношении зародышевых клеток, так и для соматических клеток человека. Ряд закономерностей выяснен на экспериментальных

животных, растениях и микроорганизмах, на культурах клеток человека и других млекопитающих. Эти закономерности в основе имеют общий характер для всех организмов. Однако результаты этих экспериментов в качественном и количественном отношении невозможно прямо экстраполировать на человека.

Для общей радиочувствительности целых организмов большую роль играют их эволюционные особенности. Для человека смертельная доза облучения равна 6 Гр, для мыши - 9 Гр, для амебы - 100 Гр, для ряда бактерий - до нескольких сот тысяч. Разные виды ионизирующих излучений обладают разной генетической эффективностью. Если принять генетическую эффективность гамма-излучений за единицу, то рентгеновское излучение в той же дозе в среднем эффективнее в 2 раза, медленные нейтроны - в 5 раз, альфа-частицы и быстрые нейтроны - в 10 раз.

Особой эффективностью обладают радионуклиды при проникновении их в клетку. Радиация вызывает весь спектр генных и хромосомных мутаций. Среди мутаций, возникающих в соматических клетках, имеются те, которые вызывают канцерогенез. Мутации, возникая в зародышевых клетках, при размножении особей могут передаваться следующим поколениям. При возникновении в соматической клетке все ее потомки будут обладать мутацией.

Фундаментальным принципом радиационной генетики, установленным при действии ионизирующих излучений, служит линейная зависимость от дозы облучения при индукции генных мутаций. Показано, что число сцепленных с полом рецессивных летальных мутаций, возникающих у дрозофилы, изменяется в линейной зависимости при разных дозах облучения рентгеновским излучением.

Существенно, что линейная зависимость числа мутаций от дозы сохраняется при малых дозах облучения. Более сложная зависимость от дозы облучения установлена для хромосомных аберраций. При высоких дозах происходит спад числа мутаций. Одновременно изучена зависимость появления всех основных типов мутаций при разных дозах рентгеновского излучения. Наиболее часто возникают перестройки хромосом. Затем, с убывающей частотой - летальные рецессивные связанные с полом мутации. С меньшей частотой - они же без наличия хромосомных перестроек. Наиболее мала вероятность случайного совпадения двух летальных мутаций в хромосоме.

Огромное значение имеет мутагенез, индуцированный химическими веществами. Количество токсических веществ, антропогенно введенных в окружающую среду, по современным данным, превышает 182 000. В отношении структурной изменчивости хромосом химический мутагенез, хотя и имеет общие черты, но при этом отличается своеобразием сравнительно с радиационным мутагенезом. Химические мутагены, а также радиационное воздействие наряду с генными мутациями индуцируют анеуплоиды и полиплоиды. Ряд веществ, специфически активных в отношении веретена деления и мембран клетки, приводят к анеуплоидии (бензоданзипины, гормональные и другие канцерогены, органические соединения ртути и другие). ФЕНИЛАЛАНИН, ароматическая аминокислота. В организмах присутствует в свободном виде и в составе белков; превращается в аминокислоту тирозин. Незаменимая аминокислота. Врожденное нарушение обмена фенилаланина в организме человека (фенилкетонурия) приводит к умственной отсталости.

ТИРОЗИН (рис.2 см. приложение) - ароматическая аминокислота. Входит в состав многих белков и пептидов (казеин, инсулин и др.); в организме животных и человека - исходное вещество для синтеза гормонов дрозофилы, изменяется в линейной зависимости при разных дозах облучения рентгеновским излучением.

Существенно, что линейная зависимость числа мутаций от дозы сохраняется при малых дозах облучения. Более сложная зависимость от дозы облучения установлена для хромосомных аберраций. При высоких дозах происходит спад числа мутаций. Одновременно изучена зависимость появления всех основных типов мутаций при разных дозах рентгеновского излучения (рис. 13). Наиболее часто возникают перестройки хромосом.

Затем, с убывающей частотой - летальные рецессивные связанные с полом мутации. С меньшей частотой - они же без наличия хромосомных перестроек. Наиболее мала вероятность случайного совпадения двух летальных мутаций в хромосоме.

Огромное значение имеет мутагенез, индуцированный химическими веществами. Количество токсических веществ, антропогенно введенных в окружающую среду, по современным данным, превышает 182 000. В отношении структурной изменчивости хромосом химический мутагенез, хотя и имеет общие черты, но при этом отличается своеобразием сравнительно с радиационным мутагенезом. Химические мутагены, а также радиационное воздействие наряду с генными мутациями индуцируют ануплоиды и полиплоиды. Ряд веществ, специфически активных в отношении веретена деления и мембран клетки, приводят к анеуплоидии (бензоданзипины,

гормональные и другие канцерогены, органические соединения ртути и

другие). ФЕНИЛАЛАНИН, ароматическая аминокислота. В организмах

присутствует в свободном виде и в составе белков; превращается в

аминокислоту тирозин. Незаменимая аминокислота. Врожденное нарушение

обмена фенилаланина в организме человека (фенилкетонурия) приводит к

умственной отсталости. ТИРОЗИН (рис.2 см. приложение) - ароматическая аминокислота. Входит в состав многих белков и пептидов (казеин, инсулин и др.); в

организме животных и человека - исходное вещество для синтеза гормонов щитовидной железы, адреналина и др., в некоторых растениях - для синтеза алкалоидов (морфин, кодеин). Наследственные нарушения обмена тирозина в организме человека приводят к тяжелому заболеванию (род слабоумия).

Заметные сдвиги в количестве мутаций может дать взаимодействие мутагенов. Так, при действии аминопурина, как и при действии NaNO2, дозой в 25 и 50 мг/кг отдельная обработка каждым мутагеном неэффективна, при этих дозах проявляется наличие порога для обоих мутагенов. При 100 мг/кг оба мутагена слабо эффективны. Однако другая картина обнаруживается при взаимодействии мутагенов. Две первые допороговые дозы, данные одновременно, обеспечивают появление мутаций. При обеих дозах в 100 мг/кг число мутаций резко возрастает.
Температурные условия оказывают влияние на мутагенез, вызванный действием химических мутагенов.
При обработке клеток радиацией и химическими мутагенами с веществами, имеющими защитное значение, число мутаций резко Уменьшается. В отношении действия радиации такие вещества получили название радиопротекторов. К радиопротекторам относятся в первую очередь серосодержащие вещества, а именно сульфгидрильные соединения, аминотиолы. Кроме того, радиопротекторами являются амины, соли синильной кислоты, гормоны, некоторые метаболиты.
Факторы, введенные в организм и изменяющие в нем метаболизм веществ в том смысле, что они приводят к понижению числа мутаций называют десмутагенами. Такими свойствами обладают водные экстракты ряда растений - лопух, зеленый перец, капуста и другие.
В последние годы человечеству грозит появление нового могущественного мутагенного фактора. Речь идет о коротковолновом ультрафиолетовом излучении. Все прошлое существование жизни на Земле происходило под защитным покровом озонового слоя, расположенного в верхних слоях атмосферы. В последнее десятилетие зафиксирован самый высокий уровень химических веществ в атмосфере, которые разрушают озоновый слой.

Мутационный груз, снижение средней приспособленности популяций вследствие непрерывного возникновения вредных наследственных изменений (см. Мутации). М. г. - часть общего генетического груза. Помимо М. г., на приспособленность популяций влияет иммиграция из соседних популяций особей с генотипами, менее приспособленными к новым условиям, чем коренные обитатели (иммиграционный груз), неодинаковая приспособленность гомо- и гетерозигот и др. факторы.

72. Волны численности в изменении генофонда популяций человече­ства. Миграция населения, смешанные браки, гибридные популяции как поток генов между популяциями. Геноклины и клинальная изменчивость в человеческих популяциях. Территориальная и социальная форма изо­ляции в популяциях человека. Дрейф генов. Дем. Изолят. Кровнородст­венные и ассортативные браки. Особенности генофондов изолятов. Рас­пределение и частота наследственных заболеваний в разных популяциях людей.

Впервые на это явление обратил внимание С. С. Четвериков, им же был введен данный термин (1905). У быстро размножающихся видов наблюдается периодическое чередование быстрых подъемов численности и резких спадов. Например, численность мышевидных грызунов за четыре года возрастает от ничтожной до максимальной, затем падает почти до нуля и снова начинает увеличиваться. Важную роль в данном случае играют хищники, численность которых колеблется пропорционально численности грызунов. Важной причиной популяционных волн является также постепенное истощение пищевых ресурсов в связи с ростом популяции и последующее их восстановление после снижения численности популяции. Причинами резких непериодических снижений численности популяции могут также быть стихийные бедствия: засухи, пожары, наводнения. Каким бы ни был механизм популяционных волн, ясно, что на численность популяции могут влиять одновременно многие факторы. Популяционные волны играют большую роль в ходе микроэволюции. С возрастанием численности популяции увеличивается вероятность появления новых мутаций и их комбинаций.

Геноклин `Медицинский словарь`(ген + греч. klino наклонять, склонять в ту или иную сторону) - постепенное уменьшение (или увеличение) частоты каких-либо генотипов внутри ареала популяции в определенном пространственном направлении.

Дрейф ге́нов или гене́тико-автомати́ческие проце́ссы - явление ненаправленного изменения частот аллельных вариантов генов в популяции, обусловленное случайными статистическими причинами.Один из механизмов дрейфа генов заключается в следующем. В процессе размножения в популяции образуется большое число половых клеток - гамет. Большая часть этих гамет не формирует зигот. Тогда новое поколение в популяции формируется из выборки гамет, которым удалось образовать зиготы. При этом возможно смещение частот аллелей относительно предыдущего поколения.Первые работы по изучению случайных процессов в популяциях были проведены в начале 1930-х годов Сьюэлом Райтом в США, Роналдом Фишером в Англии, а также В. В. Лисовским, М. А. Кузнецовым, Н. П. Дубининым и Д. Д. Ромашовым в СССР. Смешанные браки - браки заключённые между представителями разных национальностей, рас, или вероисповеданий.Во многих культурах и государствах они регулируются традициями, религиозными установлениями или законодательством.

Изолят (фр. Isoler - отделять) - человек без социальных контактов

наследственные заболевания

Спонтанные генетические заболевания. Генетические заболевания наследуются путем передачи мутантных генов по одной из основных форм наследования. Но иногда у человека наблюдаются генетические заболевания, которые не проявлялись в предшествующей истории семьи. Это может происходить по различным причинам. Во-первых, какой-либо мутантный рецессивный ген может, не проявляясь, передаваться в течение многих поколений до того момента, как он, наконец, соединится с другим мутантным рецессивным геном в гомологичной хромосоме, что и вызовет возникновение заболевания. Дети, зачатые двумя кровными родственниками (внутрисемейный, или кровосмесительный брак), имеют большую вероятность унаследовать рецессивное генетическое заболевание, чем дети родителей неродственников, потому что у них высока вероятность наличия общих генов. Чем ближе кровное родство, тем больше генов являются общими. Многие рецессив ные генетические нарушения также заметны в рамках определенных этнических или расовых групп, особенно тех. которые имеют общее географическое происхождение. Спонтанные генетические заболевания могут также возникать вследствие новых генных мутаций и однажды возникший мутантный ген может передаваться следующим поколениям по одной из основных форм наследования. Третьей причиной, по которой генетическое заболевание, на первый взгляд, возникает спонтанно, является то, что в прошлом генетические заболевания не диагностировались. Во многих свидетельствах о смерти прошлых лет встречается формулировка “естественные причины смерти”. Таким образом, семья может иметь генетическое заболевание в своей истории, но не знать об этом. Хромосомные нарушения. Хромосомные нарушения, или синдромы, наблюдаются в случае ненормального числа хромосом или при каких-либо изменениях в структуре одной или нескольких хромосом. Во многих случаях причина хромосомных нарушений неясна. Вероятность изменения общего числа хромосом увеличивается с увеличением возраста беременной женщины (особенно начиная с 35 лет). Иногда избыточная хромосома наблюдается в одной из репродуктивных клеток (яйцеклетке или сперматозоиде). Полагают, что это происходит из-за нарушения деления клеток при мейозе, приводящего к тому, что одни половые клетки получают дубликат хромосомы, а у других этой хромосомы недостает. При некоторых хромосомных дефектах только часть одной хромосомы избыточна или отсутствует. При других - части двух хромосом обламываются и меняются местами, это называется транслокацией. Некоторые люди имеют мозаичный набор хромосом: часть их клеток содержит нормальное число хромосом, а другие - меньше или больше нормы. Проводятся тщательные исследования хромосомных отклонений. Многие хромосомные нарушения не наследуются и встречаются очень редко. Однако для некоторых нарушений обнаружен специфический тип наследования. Хромосомные нарушения могут происходить в одной из хромосом. Большинство из них вызывают смерть. Хромосомные нарушения встречаются у 0,7% всех новорожденных, в 2% беременностей женщин в возрасте старше 35 лет и в 50% выкидышей первого триместра. Соматические (неполовые) хромосомные нарушения. Синдром кошачьего крика. Болезнь Лежена, или синдром 5-й хромосомы встречается в одном случае на 50 тыс. живорожденных детей, причем у девочек он бывает вдвое чаще, чем у мальчиков. Вероятность его повторения в следующих беременностях весьма велика (15% случаев). Часть одной хромосомы из 5-й пары утрачена. Как правило, чем большей части генетического материала недостает, тем серьезнее синдром. Синдром Дауна Синдром 21-й хромосомы, трисомия-21, или генерализованная фетальная эмбриодия встречается в одном случае на 7-10 тыс. живорожденных детей обоих полов во всем мире. Вероятность его появления увеличивается в зависимости от возраста беременной/женщины, а иногда и отца. Синдром Дауна - наиболее распространенное генетическое заболевание, вызывающее умственную отсталость. При синдроме Дауна плод наследует три 21-е хромосомы вместо двух. Это называется трисомией. Примерно 4% всех людей с синдромом Дауна имеют транслокации. Это означает, что избыточная 21-я хромосома присоединена к какой-либо другой хромосоме. Некоторые люди с синдромом Дауна имеют мозаичный набор хромосом, т. е. часть клеток содержат нормальное число хромосом - 46, а другие - 47. Если транслоцированная хромосома или комбинация хромосом унаследована от одного из родителей, вероятность повторного появления транслокации в следующем поколении колеблется от 3 до 15%. Для определения унаследованной транслокации необходимо исследовать хромосомы обоих родителей. Вероятность повторения классической трисомии составляет 1-2%. Синдром Патау Синдром 13-й трисомии встречается примерно в одном случае на 25 тыс. живорожденных детей. Риск увеличивается пропорционально возрасту беременной женщины. В 75% случаев синдром Патау возникает, когда плод получает три 13-е хромосомы вместо двух. Около 20% случаев связаны с транслокацией избыточной хромосомы. Унаследованная транслокация увеличивает вероятность повторения синдрома в следующем поколении. Хромосомы обоих родителей необходимо исследовать чтобы установить, является ли транслокация унаследованной. Синдром Эдвардса Синдром трисомии-18 встречается в одном случае на 6600 живорожденных. почти 80% пораженных - девочки. Риск его появления увеличивается пропорционально возрасту беременной женщины. В 95% случаев синдром Эдвардса появляется, если вместо двух 18-х хромосом ребенком унаследовано три. В остальных 5% случаев синдром Эдвардса вызван транслокацией, в которой избыточная 18-я хромосома присоединяется к другой хромосоме. В случае унаследованной транслокации риск повторения синдрома Эдвардса в следующем поколении достаточно велик. Для того чтобы определить, является ли транслокация унаследованной необходимо исследовать хромосомы обоих родителей. Нарушения в половых хромосомах. Синдром хрупкой Х-хромосомы (СХХ) СХХ - наиболее частая причина наследственной умственной отсталости, так как он с высокой вероятностью проявляется в следующих поколениях. Частота синдрома у лицмужского пола - примерно 1 случай на 1000-1250 рождений, а у лиц женского пола - 1 случай на 2000 рождений. СХХ возникает, когда в X-хромосоме наследуется мутантный ген, который вызывает появление на ней перетяжки. Это выглядит так, словно нижний конец хромосомы вот-вот обломится. Отсюда термин - синдром хрупкой Х-хромосомы. Синдром Клайнфелтера Синдром XXV, или 47-ми хромосом встречается в одном случае на 1000 живорожденных мальчиков. Синдром развивается, если ребенок унаследовал одну дополнительную X-хромосому, получив при этом 47 хромосом вместо 46. Нормальная ХУ-комбинация половых хромосом делает его человеком мужского пола, но при этом имеет две Х- и одну У-хромосому (ХХУ). Некоторые имеют мозаичное хромосомное распределение. Синдром Турнера Синдром 45-ти хромосом, Х- или ХО-синдром, моносомия встречается примерно в одном случае на 5000 живорожденных девочек. Причиной синдрома Турнера является наследование одной Х-хромосомы вместо двух. В этом случае в каждой клетке содержится 45 хромосом вместо 46.

73. Специфика действия естественного отбора в человеческих попу­ляциях. Отбор против гомо и гетерозигот.

Специфика действия естественного отбора в человеческих популяциях. Популяционно-генетические эффекты действия систем отбора-контротбора

Одним из наиболее важных эволюционных факторов, изменяющих частоты аллельных генов в популяциях людей, является естественный отбор. Однако его давление в человеческих популяциях ослабело настолько, что отбор утратил значение как фактор видообразования. Это обусловлено возрастанием значения социальных факторов исторического развития человечества и постепенным ослаблением роли биологических факторов эволюции человека.Однако за естественным отбором осталась функция стабилизации генофондов и поддержания наследственного разнообразия популяций людей. О действии на популяцию человека стабилизирующей формы естественного отбора свидетельствует, например, большая перинатальная смертность среди недоношенных и переношенных новорождённых. Направление отбора в этом случае определяется снижением общей жизнеспособности новорождённых. Отрицательное действие отбора по одному локусу иллюстрирует наследование антигенов системы резус. 85% населения Европы имеет в эритроцитах антиген Rh и образует группу резус-положительных индивидуумов, остальные 15% населения составляют резус-отрицательные индивиды. Синтез антигена Rh контролируется доминантным аллелем Д который проявляется в гомозиготе (DD) и гетерозиготе (Dd). Поэтому резус-отрицательные люди являются рецессивными гомозиготами (dd). Если, например, мать резус-отрицательная (dd), отец резус-положительный (DD или Dd), то при беременности резус-положительным плодом (Dd) эритроциты плода могут проникнуть при нарушении плаценты в организм матери и иммунизировать его. При последующей (второй и т.д.) беременности резус-положительным плодом (Dd) антирезус-антитела, выработавшиеся в организме матери во время первой беременности, проникают через плаценту в организм плода и разрушают его эритроциты (эритробластоз). Развивается гемолитическая болезнь новорождённого, ведущим симптомом которой является тяжёлая анемия. В настоящее время успешно применяются различные способы борьбы с этой патологией (например, переливание новорождённому младенцу резус-отрицательной крови). В отсутствие медицинской помощи новорождённый с гемолитической болезнью часто погибал. Со смертью таких организмов (гетерозиготных по аллелю Dd) из популяции удаляется равное количество доминантных и рецессивных аллельных генов локуса «резус». Такой направленный против гетерозигот отбор приводит к уменьшению частоты более редкого (рецессивного, d) аллеля в европейской популяции. Теоретически в ряду из 600 поколений доля рецессивного гена может снизиться с 15% до 1%, на что потребуется около 15000 лет.Несовместимость матери и плода характерна также для системы групп крови AB0, которая, в отличие от резус-иммунизации, может сказаться уже на первом ребёнке. Однако эритробластоз в этом случае, как правило, выражен слабее, чем при JR/г-несовместимости. Чаще всего.ЛЯО-несовмести-мость может приводить к увеличению числа спонтанных абортов. Отбор при этом идет в основном против детей у матерей ff.Для системы AB0 существуют и другие селективные факторы: в настоящее время продемонстрирована ассоциация групп крови AB0 с очень многими заболеваниями например, лица с группой крови А чаще заболевают раком, тогда как лица, имеющие группу крови 0, более подвержены язве желудка и двенадцатиперстной кишки; а риск заболевания ревматизмом самый низкий среди лиц групп 0. Эти селективные факторы влияют на частоту аллелей, определяющих группы крови.Особой жёсткостью выделяется отбор, направленный против гомозигот: гомозиготы по многим рецессивным аутосомным заболеваниям обычно элиминируются, не достигнув репродуктивного возраста. Так, гомозиготы по аллелю серповидноклеточности эритроцитов (HbS/HbS) умирают от серповидноклеточной анемии в детском возрасте. Каждая такая смерть элиминирует из популяции аллели одного вида (рецессивные), что приводит к сравнительно быстрому снижению изменчивости по соответствующему локусу. Во многих популяциях людей частота аллелей аномальных гемоглобинов (включая аллель HbS) не превышает 1%. Отбор против гомозигот обусловлен также повышенной жизненной силой гетерозигот (явление гетерозиса).

Действию отбора, снижающего в генофондах некоторых популяций людей концентрацию определённых аллелей, может противостоять контротбор, который, наоборот, поддерживает частоту этих аллелей на достаточно высоком уровне. Проведённые в Северной Греции обследования показали, что больные серповидноклеточной анемией (гете-розиготы с генотипом HbS/HbA) болеют малярией в 13 раз реже, чем нормальные люди (НЬА/НЬА). Отрицательный отбор в отношении аллеля HbS перекрывается в этом случае мощным положительным отбором гетерозигот по аллелю HbS благодаря высокой жизнеспособности последних в очагах тропической малярии. Эта причина, действующая уже на протяжении нескольких столетий, обусловливает относительно низкую частоту гетерозигот по аллелю HbS среди североамериканских негров (8-9%) в сравнении с африканскими неграми (около 20%).

Генофонд популяций человека является результатом наложения многочисленных и разнонаправленных векторов отбора, обеспечивающего сохранение в каждом поколении сравнительно приспособленных к данным условиям генотипов. При этом с течением времени влияние отбора на генетическую структуру популяций людей снижается в основном благодаря успехам лечебной и профилактической медицины, а также социально-экономическим преобразованиям цивилизации.

74. Адаптационный и балансиро­ванный полиморфизм, их роль в поддержании адаптивного потенциала популяций человека. Генетический полиморфизм - основа внутри - и межпопуляционной изменчивости человека, значение генетического по­лиморфизма в предрасположенности к заболеваниям, к реакциям на ал­лергены, лекарственные препараты, пищевые продукты и т.д. Значение генетического разнообразия в будущем человечества.

Полиморфизмом (это слово означает «многообразие») называют наличие в популяции данного вида двух или нескольких дискретных (т. е. не связанных постепенными переходами) форм, различающихся по какому-то наследственному признаку. Классическим примером полиморфизма служат группы крови О, А, В и АВ. Можно было бы предположить, что отбор будет приводить к полной гомозиготности популяции по тому из аллелей, фенотипическое проявление которого имеет наибольшую адаптивную ценность. В некоторых случаях эволюция идет именно таким образом, однако это не единственно возможный результат дифференциального воспроизведения. Например, индивидуумы, гетерозиготные по гену серповидноклеточности (Ss), обладают несколько большей устойчивостью к малярии, чем нормальные гомозиготы (SS). В Центральной Африке, где широко распространена малярия, существует сильное положительное давление отбора в пользу устойчивых к этой болезни гетерозиготных индивидуумов (Ss), сильное отрицательное давление отбора в отношении гомозигот (ss), которые страдают тяжелой анемией, и небольшое отрицательное давление - в отношении гомозигот по нормальному аллелю (SS), восприимчивых к малярии. Эти независимые друг от друга, противоположно направленные воздействия отбора поддерживают некоторое равновесие между гомозиготами и гетерозиготами - так называемый сбалансированный полиморфизм. Наличие изменчивости само по себе может иметь для популяции приспособительное значение, так как в полностью гомозиготной популяции отсутствовал бы генетический субстрат для действия естественного отбора. Хорошие шансы на длительное сохранение имеет такая популяция, которая внутренне еще достаточно разнородна, так что в ней могут происходить дальнейшие адаптивные изменения. Наблюдения над природными популяциями плодовых мушек и других организмов показали, что в их генофондах действительно происходят адаптивные сдвиги даже в ответ на такие изменения внешней среды, как смена времен года. Гетерозигота может быть лучше приспособлена для размножения и выживания, чем каждая из соответствующих гомозигот. Очевидно, однако, что для сохранения гетерозиготного состояния популяции необходимо наличие в ней также некоторого числа сравнительно менее приспособленных гомозиготных особей. В зависимости от относительной селективной ценности гетерозиготного и гомозиготного состояний создается определенное соотношение аллелей в генофонде, приводящее к оптимальному соотношению в популяции гетерозигот и гомозигот.

Генетический полиморфизм существование в пределах популяции двух или нескольких различных наследственных форм, находящихся в динамическом равновесии в течение нескольких и даже многих поколений. Чаще всего Г. п. обусловливается либо варьирующими давлениями и векторами (направленностью) отбора в различных условиях (например, в разные сезоны), либо повышенной относительной жизнеспособностью гетерозигот (См. Гетерозигота). Один из видов Г. п. - сбалансированный Г. п. - характеризуется постоянным оптимальным соотношением полиморфных форм, отклонение от которого оказывается неблагоприятным для вида, и автоматически регулируется (устанавливается оптимальное соотношение форм). В состоянии сбалансированного Г. п. у человека и животных находится большинство генов. Различают несколько форм Г. п., анализ которых позволяет определять действие отбора в природных популяциях.

Похожая информация.

А) Отбор против гетерозигот.

Отрицательный отбор в свою очередь может быть направленпротив гетерозигот ипротив гомозигот.

В ряде случаев приспособленность гетерозигот может быть ниже приспособленности гомозигот. Такая картина наблюдается у межвидовых и внутривидовых гибридов, хотя здесь и неприменима однолокусная модель. Низкая приспособленность гетерозигот наблюдается и при наличии транслокаций на одной из хромосом и нормальной парной хромосомы. Такие гетерозиготы по хромосомнымтранслокациям часто образуют несбалансированные гаметы с пониженной жизнеспособностью, что снижает приспособленность гетерозигот по сравнению с гомозиготами. Модель невыгодности гетерозигот может быть полезна для контроля численности популяций вредителей.

Польза гетерозиготности: гетерозиготы по гемофилии, альбинизму, серповидноклеточной анемии и т. д. не страдают данными заболеваниями, вследствие их рецессивности. Особи, несущие полиаллельные гены, дают более жизнеспособное потомство с широкой нормой реакции. Гетерозиготность - это "блокатор" вредных рецессивных аллелей.

Примером отрицательного отбора, направленного против гетерозигот, может служить наследование Rh-фактора.Rh-фактор контролируется тремя доминантными тесно сцепленными генами, поэтому их можно условно принять за один.

При браке мужчины, обладающего резус-положительным фактором, и женщины с резус-отрицательным фактором чаще возможно зачатие "резус-положительного" плода.

Антигены плода в период вынашивания в небольшом количестве способны проникать в кровоток матери через плаценту и вызывать образование антител (особенно если есть патология детского места). При первой беременности (иногда и при второй) концентрация их в крови сравнительно невелика и зародыш развивается, не испытывая вредных влияний этих антител.

Б) Отбор против гомозигот.

Во многих случаях происходит лишь частичный отбор против гомозигот. Поэтому относительная приспособленность гомозигот по сравнению с другими генотипами уменьшается лишь отчасти. При многих генетических болезнях человека, например при альбинизме или серповидноклеточной анемии , гомозиготы по рецессивному аллелю могут выжить и дать потомство, хотя и с меньшей вероятностью, чем здоровые индивиды. У дрозофилы, мыши, кукурузы и других генетически исследованных организмов существует множество рецессивных мутаций, которые снижают приспособленность, но не приводят к смертельному исходу.

В) отбор и контротбор.

Контротбор-положительный отбор, направленный против отрицательного отбора (поддержание гомозигот и гетеорозигот)

Генофонд популяций человека является результатом наложения многочисленных и разнонаправленных векторов отбора, обеспечивающего сохранение в каждом поколении сравнительно приспособленных к данным условиям генотипов. При этом с течением времени влияние отбора на генетическую структуру популяций людей снижается в основном благодаря успехам лечебной и профилактической медицины, а также социально-экономическим преобразованиям цивилизации.

Вопрос№ 20 учение о микро-и макроэволюции.

А) Микроэволюция.

Микроэволюция - это распространение в популяциималых изменений в частотахаллелейна протяжении несколькихпоколений; эволюционные изменения на внутривидовом уровне. Такие изменения происходят из-за следующих процессов:мутации,естественный отбор,искусственный отбор,перенос геновидрейф генов. Эти изменения приводят кдивергенциипопуляций внутривида, и, в конечном итоге, квидообразованию.

Под действием элементарных факторов на генофонд популяции происходит изменение частот отдельных генов. Это приводит к элементарному эволюционному явлению - изменению генотипического и фенотипического состава популяции. При длительном однонаправленном воздействии естественного отбора наблюдается дифференциация популяций.

Б) биологическая сущность макроэволюции.

Сущность макроэволюции. Этим понятием обозначают происхождение надвидовых таксонов (родов, отрядов, классов, типов, отделов). В общем смысле макроэволюцией можно назвать развитие жизни на Земле в целом, включая и ее происхождение. Макроэволюционным событием считается также возникновение человека, по многим признакам отличающегося от других биологических видов. Между микро- и макроэволюцией нельзя провести резкую грань, потому что процесс микроэво-

люции, первично вызывающий дивергенцию популяций (вплоть до видообразования), продолжается без какого-либо перерыва и на макроэволюционном уровне внутри вновь возникших форм.

Отсутствие принципиальных различий в протекании микро- и макроэволюционно! о процессов позволяет рассматривать их как две стороны единого эволюционного процесса и применять для анализа всего процесса понятия, разработанные в теории микроэволюции, поскольку макроэволюционные явления охватывают десятки миллионов лет и исключают возможность их непосредственного экспериментального исследования.

Способы осуществления макроэволюции. Макроэволюция может осуществляться несколькими способами. Основной способ -дивергенция - представляет собой независимое образование различных признаков у родственных организмов. В основе дивергенции лежит экологическая дифференциация вида (или группы видов) на самостоятельные ветви. Различия между видами одной группы в процессе эволюции, в силу изменения направления отбора, все более и более углубляются. Но вместе с тем сохраняется и определенная общность признаков морфофизиологической организации. Это свидетельствует о происхождении данной группы от общего родоначального предка. При дивергенции сходство между организмами объясняется общностью их происхождения, аразли-чия - приспособлением к разным условиям среды.

Примером дивергенции форм является возникновение разнообразных по морфофизиологическим особенностям вьюрков от одного или немногих предковых видов на Галапагосских островах. Расхождение внутривидовых форм и видов по разным местообитаниям определяется конкуренцией в борьбе за одинаковые условия, выход из которых и заключается в расселении по разным экологическим нишам.

Еще один способ осуществления макроэволюции -параллелизм (параллельное развитие). Это процесс эволюционного развития в сходном направлении двух или нескольких первоначально дивергировавших групп. Например, палеонтологи очень часто обнаруживают асинхронный параллелизм, т. е. независимое приобретение сходных черт родственными, но живущими в разное время организмами. Примером может служить развитие саблезубости у представителей разных подсемейств кошачьих. С генетической точки зрения параллельная эволюция объясняется общностью генной структуры родственных групп и сходной ее изменчивостью.

В эволюции может наблюдаться также конвергенция (конвергентное развитие) - процесс эволюционного развития двух или более неродственных групп в сходном направлении. Конвергенция обусловлена одинаковой средой обитания, в которую попадают неродственные организмы. Классическим примером конвергентного развития считается возникновение сходных форм тела у акуловых (первичноводные формы), ихтиозавров и китообразных (вторичноводные формы). При конвергентном развитии сходство между неродственными организмами бывает всегда только внешним (эволюционным изменениям в одном направлении подвергаются внешние признаки как результат приспособления к одинаковым условиям среды). По форме тела ихтиозавр похож на акулу и дельфина, но по таким существенным чертам, как строение кожных покровов, черепа, мускулатуры, кровеносной системы, дыхательной и других систем, эти группы позвоночных различны. При конвергентном способе эволюции возникают аналогичные органы.

В) Мегаэволюция. Мегаэвол ю ция , совокупность процессов эволюции живых форм, определяющая формирование крупных таксонов - систематических категорий выше отряда (у животных) и порядка (у растений

Г) Понятие об элементарной эволюц. структуре и материале.

Отбор в пользу гетерозигот, когда обе гомозиготы имеют пониженную по сравнению с гетерозиготой приспособленность, часто называют гетерозисом, или сверхдоминированием. Этот тип отбора существенно отличается от рассмотренного выше направленного отбора: сверхдоминирования приводит к созданию устойчивого полиморфного равновесия.

Рассмотрим изменения генотипических частот за одно поколение отбора при сверхдоминировании. Все рассуждения представлены в таблице 3.

В первых двух строчках приведены приспособленности и частоты генотипов в некотором поколении. Вклад в следующее поколение равен произведению частоты на приспособленность (третья строка). Сумма вкладов всех генотипов называется средней приспособленностью и равна

W = p 2 (l - s) + 2pq + q 2 (l - t).

Последняя строка таблицы соответствует частотам генотипов в следующем поколении. Вычислим изменение частоты аллеля за поколение, опустив часть простых алгебраических выкладок.

Популяция приходит в равновесие, когда частоты аллелей перестают изменяться.

Δq = q − (P aa +

При этом для аллеля А имеем

В отличие от равновесия в нейтральной популяции (в отсутствии отбора), равновесие при сверхдоминировании является устойчивым. Это означает что при отклонении генных частот от равновесного значения популяция возвращается к тому же равновесному уровню. Напомним, что нейтральная популяция при отклонении от положения равновесия за одно поколение переходит в новое равновесное состояние (с другими частотами генотипов).

Детально изученным примером сверхдоминирования в популяциях человека служит серповидноклеточная анемия - болезнь, широко распространенная в некоторых странах Африки и Азии. Анемия обусловлена аномальным строением гемоглобина (форма S) и развивается у людей гомозиготных по аллелю Hb S . Нормальный гемоглобин вырабатывается в присутствии аллеля Нb A в гомо- или гетерозиготном состоянии. Большинство людей с генотипом Hb A Hb S погибает до достижения половозрелости, так что приспособленность этого генотипа близка к нулю. Несмотря на это, частота аллеля достигает довольно высоких значений в ряде регионов, особенно в районах распространения малярийного плазмодия. Причина этого состоит в том, что гетерозиготы Hb A Hb A более устойчивы к малярии, чем гомозиготы Нb A Нb A , то есть обладают селективным преимуществом по сравнению с обеими гомозиготами, у которых смертность от анемии или от малярии выше, чем у гетерозигот.

В качестве количественной характеристики отбора обычно используется относительная приспособленность, называемая также адаптивной или селективной ценностью генотипа, под которой понимается способность особей данного генотипа к выживанию и размножению. Приспособленность обозначется буквой w и колеблется в пределах от 0 до 1. При w=0 передача наследственной информации следующему поколению не возможна из-за гибели всех особей; при w=1 полностью реализуются потенциальные возможности к размножению. Величина, обратная приспособленности генотипа, называется коэффициентом отбора и обозначается буквой S: S=1-w , w=1-S. Коэффициент отбора определяет скорость уменьшения частоты того или иного генотипа. Чем больше коэффициент отбора и чем, следовательно, меньше приспособленность каких-либо генотипов, тем выше давление отбора.

Особенно эффективно отбор идет против доминантных мутаций, поскольку они проявляются не только в гомозиготном, но и в гетерозиготном состоянии. При S = 1 популяция за одно поколение избавляется от доминантных летальных мутаций. Например, доминантным аллелем обусловлено тяжелое заболевание у человека - ахондроплазия. Из-за нарушения роста длинных костей для таких больных характерны короткие, часто искривленные конечности и деформированный череп. Гомозиготы по этому аллелю совершенно нежизнеспособны (S = 1). У гетерозигот число детей впятеро меньше по сравнению со здоровыми людьми, т.е. w = 0,2; S = 0,8.

В качестве доминантных мутаций можно рассмотреть и некоторые хромосомные перестройки. Так, больные с синдромом Дауна, как правило, не оставляют потомства (S = 1), и популяция избавляется от этого вредного гена за одно поколение. Но почему тогда заболевания, обусловленные доминантными мутациями, не исчезают бесследно? Это объясняется непрерывным действием мутационного процесса, поддерживающего присутствие вредных аллелей в популяции. Так, частота возникновения аллеля ахондроплазии равна 1 на 20 000 гамет, a частота новорожденных детей с этой болезнью в потомстве здоровых родителей составляет 1:10 000.

Многие рецессивные мутации обладают пониженной приспособленностью и будут устраняться отбором. Если рецессивные гомозиготы обладают нулевой приспособленностью, то популяция избавится от них также за одно поколение. Но отбор против рецессивных аллелей затруднен, потому что большая их часть находится в гетерозиготном состоянии (под прикрытием нормального фенотипа) и они как бы ускользают от действия отбора. Подсчитано, что если часота "вредного" рецессивного аллеля равна 0,01, то потребуется 100 поколений только для того, чтобы снизить частоту аллеля вдвое, и 9900 поколений, чтобы снизить ее до 0,0001. Особенно трудно избавить от рецессивных мутаций большие популяции, так как в них вероятность перевода таких мутаций в гомозиготное состояние очень мала.

Нередко наблюдается отбор в пользу гетерозигот, когда обе гомозиготы имеют пониженную приспособленность по сравнению с гетерозиготами. Хорошо известным примером такого отбора в популяциях человека является серповидноклеточная анемия - болезнь крови, широко распространенная в Азии и Африке. В результате наследственного дефекта в молекуле гемоглобина эритроциты принимают форму серпа и не способны переносить кислород. Люди, гомозиготные по рецессивному аллелю серповидноклеточности (ss), гибнут в возрасте 14-18 лет. Несмотря на это частота данного аллеля достигает в ряде районов земного шара от 8 до 20%. При этом высокая концентрация летального аллеля (s) наблюдается только в районах, где распространена особая форма малярии, вызывающая большую смертность населения. Оказалось, что естественный отбор покровительствует особям, гетерозиготным по гену серповидноклеточности (Ss). Гетерозиготы (Ss) более устойчивы к малярии по сравнению с гомозиготами (SS) по нормальному аллелю, у которых высокая смертность от малярии. Гомозиготы по рецессивному аллелю (ss) хотя и устойчивы к малярии, но гибнут от серповидно-клеточной анемии. Так, сложное разнонаправленное действие отбора на устойчивость к малярии и на устранение аллеля серповидноклеточности приводит к существованию в состоянии длительного равновесия двух генетически различных форм - гомо- и гетерозигот по серповидно-клеточной анемии. Это явление носит название сбалансированного полиморфизма.

Понятие ЕСТЕСТВЕННОГО ОТБОРА определяется как дифференциальное воспроизводство генетически отличных индивидов или генотипов внутри популяции. Дифференциальное воспроизводство вызывается различиями между индивидами по таким факторам как смертность, плодовитость, успешность в поиске полового партнера, жизнеспособность потомства. Естественный отбор основывается на наличии в популяции генетических вариаций, имеющих отношение к репродукции, между индивидами. Когда популяция состоит из особей, не различающихся между собой по подобным характеристикам, она не подвержена естественному отбору. Отбор приводит к изменению аллельных частот с ходом времени, однако, одни лишь изменения в частотах из поколения в поколение совсем не обязательно являются признаком того, что действует естественный отбор. Другие процессы, например, случайный дрейф , также могут вызывать такие изменения.

ПРИСПОСОБЛЕННОСТЬ генотипа, обычно обозначаемая как w, является мерой способности индивида к выживанию и воспроизводству. Однако, поскольку размер популяции обычно ограничен "вместимостью" окружающей среды, в которой существует популяция, эволюционный успех особи определяется не АБСОЛЮТНОЙ, а ОТНОСИТЕЛЬНОЙ приспособленностью в сравнении с остальными генотипами в популяции. В природе приспособленность какого-либо генотипа не остается постоянной в каждом поколении и во всех вариантах окружающей среды. Тем не менее, присваивая постоянное значение приспособленности каждому генотипу, мы можем формулировать простые теории, которые пригодны для понимания динамики измений в генетической структуре популяции, вызываемых естественным отбором. В простейшем классе моделей мы предполагаем, что приспособленность организма определяется только его генетической конституцией. Мы также предполагаем, что все локусы вносят независимый вклад в приспособленность индивида, следовательно, каждый локус можно рассматривать отдельно.

Большинство новых мутаций, появляющихся в популяции, уменьшают приспособленность их носителей. Отбор будет действовать против подобных мутаций, которые в конечном счете элиминируются из популяции. Этот тип отбора называется негативным . По воле случая мутантный аллель может иметь такую же приспособленность как и "наилучший". Подобные мутации являются селективно нейтральными и отбор не влияет на их дальнейшую судьбу. Чрезвычайно редко могут появляться мутации, дающие некоторые селективные преимущества их носителям. Такие мутации будут подвергаться позитивному отбору.

Рассмотрим один локус с двумя аллелями A 1 и A 2 . Каждому

1 2 аллелю можно присвоить некоторое значение приспособленности. Следует отметить, что в диплоидных организмах приспособленность определяется взаимодействием между двумя аллелями какого-либо локуса. При двух аллелях существует три возможных варианта гаплоидного генотипа: A 1 A 1 , A 1 A 2 и A 2 A 2 , и их приспособленности, соответственно, могут быть обозначены W 11 , W 12 и W 22 . Пусть частота аллеля A в популяции равна p, а частота аллеля A равна q = 1 - p. Можно показать, что при случайном спаривании частоты генотипов A 1 A 1 , A 1 A 2 и A 2 A 2 равны, соответственно, p* , 2*p*q и q* . Если в популяции выполняются данные соотношения, говорят, что она находится в равновесии Харди - Вайнберга .

В общем случае трем генотипам присваиваются следующие значения приспособленности и начальных частот:

Генотип: A 1 A 1 A 1 A 2 A 2 A 2 Приспособленность: W 11 W 12 W 12 Частота: p* 2*p*q q*

Рассмотрим теперь динамику изменений аллельных частот, вызываемых отбором. Пусть частоты трех генотипов и их приспособленности обозначены так, как указано выше, тогда относительный вклад каждого генотипа в последующее поколение будет:

p** W 11 , 2*p*q*W 12 и q** W 22 для A 1 A 1 , A 1 A 2 и A 2 A 2 ,

соответственно. Таким образом, в следующем поколении частота аллеля A 2 будет равна:

P*q*W 12 + q** W 22 q" = ****************************** (3.1) p** W 11 + 2*p*q*W 12 + q** W 22 Изменение частоты аллеля A 2 за поколение обозначим как 2 dq = q" - q. Можно показать, что: p*q* dq = *************************************** (3.2) p** W 11 + 2*p*qW 12 + q** W 22 В дальнейшем будем полагать, что аллель A 1 является первоначальным "диким типом" и рассмотрим динамику изменений аллельных частот после "появления" в популяции нового мутантного аллеля A 2 . Для удобства положим приспособленность генотипа A 1 A 1 равной 1. Приспособленность новых генотипов A 1 A 2 и A 2 A 2 будет зависеть от взаимодействия между аллелями A 1 и A 2 . Например, если A 2 полностью домининантен по отношению к A 1 , тогда W 11 , W 12 и W 22 могут быть выражены как 1, 1 + s и 1 + s, соответственно. Если A 2 полностью рецессивен, то приспособленности будут 1, 1 и 1 + s соответственно, где s - разность между приспособленностью генотипов, содержащих аллель A 2 и приспособленностью генотипов A 1 A 1 . Положительное значение s показывает увеличение, а отрицательное - уменьшение приспособленности по сравнению с A 1 A 1 .