Skip to main content
Global

9.3: 遗传多样性

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    173206

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

    与生态系统和物种多样性相反，遗传多样性是衡量单一物种中个体之间变异性的指标。 遗传多样性以种群中存在的等位基因的多样性为代表。 基因代表遗传的基本物理单位，而等位基因是这些基因的特定版本。 例如，豌豆中有一个花颜色的基因，该基因的一个等位基因携带白花的信息，而另一个等位基因携带紫花的信息。 等位基因从父母传给后代。 突变，通常由DNA复制过程中的错误引起的DNA序列变化，是新等位基因的原始来源。

    由于有性生殖，个体每个基因可能有不同的等位基因组合。 遗传多样性为进化适应提供了原材料，在这个过程中，种群的遗传组成随着时间的推移而发生变化，使其更适合环境。

    遗传多样性的丧失会降低物种的成功繁殖能力，也降低了对不断变化的环境或新疾病的适应能力。 少量物种特别容易丧失遗传多样性。 当一个物种失去太多个体时，它就会在基因上变得统一。 遗传多样性丧失的一些原因包括：密切相关的个体之间的近亲繁殖和遗传漂移，即种群遗传组成随时间随机波动的过程。

    低遗传多样性使塔斯马尼亚魔鬼（图\(\PageIndex{a}\)）特别容易受到恶魔面部肿瘤病（DFTD）的侵害，这种癌症有灭绝的威胁。 传染性癌症通常通过病毒传播，病毒可以传播致癌基因；但是，就DFTD而言，癌细胞本身在个体之间传播。 通常，免疫系统可以识别癌细胞、受感染细胞和外来细胞，但是 DFTD 细胞会逃避免疫系统。 如果塔斯马尼亚恶魔具有很高的遗传多样性，那么某些个体很可能会有使他们对DFTD具有抵抗力的等位基因。 这些个体将比其他人更频繁地存活和繁殖，耐药等位基因将在人群中变得更加常见（会发生进化适应）。 由于塔斯马尼亚魔鬼的遗传多样性很低，因此进行这种进化适应的机会较少。

    一个胸口有白色条纹的黑色毛茸茸的塔斯马尼亚恶魔张开嘴，露出牙齿和舌头。
    图\(\PageIndex{a}\)：塔斯曼半岛塔斯马尼亚恶魔保护公园处于防御姿态的塔斯马尼亚魔鬼。 图片由韦恩·麦克莱恩（CC-BY-SA）提供。

    遗传多样性对农业很重要。 自从一万多年前人类农业开始以来，人类群体一直在育种和选择作物品种。 这种作物多样性与高度细分的人类人口的文化多样性相匹配。 例如，大约7,000年前，秘鲁和玻利维亚的安第斯山脉中部开始驯化马铃薯。 该地区的人们传统上生活在被群山隔开的相对偏僻的定居点中。 该地区种植的马铃薯属于七个物种，品种的数量可能达到数千个。 每个品种都经过培育，可以在特定的海拔、土壤和气候条件下茁壮成长。 这种多样性是由海拔急剧变化、人员流动有限以及轮作对在不同领域表现良好的不同品种产生的需求所驱动的。

    马铃薯是作物多样性低下风险的一个众所周知的例子：在悲惨的爱尔兰马铃薯饥荒期间（公元1845—1852年），爱尔兰种植的单一马铃薯品种容易受到马铃薯疫病的影响，从而消灭了作物（图\(\PageIndex{b}\)）。 农作物的损失导致了饥荒、死亡和大规模移民。 抗病是维持作物生物多样性的主要好处，而当代作物物种缺乏多样性也会带来类似的风险。 种子公司是发达国家大多数作物品种的来源，它们必须不断培育新品种，以跟上不断演变的害虫生物。 但是，这些种子公司也参与了现有品种数量的减少，因为它们专注于在世界更多地区销售较少的品种，取代传统的当地品种。

    一块感染了马铃薯疫病的马铃薯在木桌上切成两半。 马铃薯里面有深褐色的变色。
    图\(\PageIndex{b}\)：马铃薯疫病的影响，这是由水霉疫病感染引起的。 图片由美国农业部（公共领域）提供。

    马铃薯只是农业多样性的一个例子。 人类培育的每一种植物、动物和真菌都是从原始的野生祖先物种培育成不同的品种，这些品种源于对食物价值、适应生长条件和抗虫能力的需求。 创造新作物品种的能力取决于现有品种的多样性以及与作物植物相关的野生形态的可用性。 这些野生形态通常是新基因变异的来源，这些变异可以与现有品种一起繁殖，从而创造出具有新属性的品种。 与作物相关的野生物种的流失将意味着作物改良潜力的丧失。 保持与驯养物种相关的野生物种的遗传多样性确保了我们持续的食物供应。

    自1920年代以来，政府农业部门一直维护作物品种的种子库，以此来维持作物多样性。 该系统存在缺陷，因为随着时间的流逝，种子品种会因意外而流失，并且无法替代它们。 2008 年，位于挪威斯匹次卑尔根岛的斯瓦尔巴群岛全球种子库（图\(\PageIndex{c}\)）开始储存来自世界各地的种子，作为区域种子库的备用系统。 如果区域种子库在斯瓦尔巴群岛储存品种，则如果区域种子出现问题，则可以弥补斯瓦尔巴群岛的损失。 斯瓦尔巴群岛种子库位于北极岛屿的岩石深处。 金库内的条件保持在理想的温度和湿度以供种子存活，但是金库位于北极的地下深处，这意味着金库系统的故障不会影响金库内的气候条件。

    一座高大的建筑，有一扇沙坑般的门，消失在雪堆里
    图\(\PageIndex{c}\)：斯瓦尔巴群岛全球种子库是地球上各种作物种子的储存设施。 （来源：斯瓦尔巴群岛全球种子库Mari Tefre）

    补充读物

    邓拉普，加勒特。2018。 面对事实：为什么可传播的面部癌正在消灭塔斯马尼亚的恶魔种群。 SITN 博客。 艺术与科学研究生院。 哈佛大学。

    归因

    由 Melissa Ha 从以下来源修改：