19.2: Idadi ya Watu Genetics

Ujuzi wa Kuendeleza

• Eleza aina tofauti za tofauti katika idadi ya watu
• Eleza kwa nini tu heritable tofauti inaweza kutenda juu ya uteuzi wa asili
• Eleza drift maumbile na athari bottleneck
• Eleza jinsi kila nguvu ya mabadiliko inaweza kuathiri masafa ya allele ya idadi ya watu

Watu wa idadi ya watu mara nyingi huonyesha fenotipu tofauti, au huonyesha aleli tofauti za jeni fulani, inayojulikana kama polymorphisms. Watu wenye tofauti mbili au zaidi ya sifa fulani huitwa polymorphic. Usambazaji wa phenotypes kati ya watu binafsi, unaojulikana kama tofauti ya idadi ya watu, unaathiriwa na mambo kadhaa, ikiwa ni pamoja na muundo wa maumbile ya idadi ya watu na mazingira (Kielelezo\(\PageIndex{1}\)). Kuelewa vyanzo vya tofauti ya phenotypic katika idadi ya watu ni muhimu kwa kuamua jinsi idadi ya watu itabadilika katika kukabiliana na shinikizo tofauti za mabadiliko.

Kielelezo\(\PageIndex{1}\): usambazaji wa fenotypes katika takataka hii ya kittens unaeleza idadi ya watu tofauti. (mikopo: Pieter Lanser)

Maumbile tofauti

Uchaguzi wa asili na baadhi ya majeshi mengine ya mabadiliko yanaweza kutenda tu juu ya sifa za urithi, yaani kanuni ya maumbile ya kiumbe. Kwa sababu aleli ni kupita kutoka mzazi kwa watoto, wale kutoa sifa ya manufaa au tabia inaweza kuchaguliwa kwa ajili ya, wakati aleli madhara inaweza kuchaguliwa dhidi ya. Tabia zilizopatikana, kwa sehemu kubwa, hazipatikani. Kwa mfano, kama mwanariadha anafanya kazi katika mazoezi kila siku, akijenga nguvu za misuli, watoto wa mwanariadha hawatakua kuwa wajenzi wa mwili. Ikiwa kuna msingi wa maumbile kwa uwezo wa kukimbia haraka, kwa upande mwingine, hii inaweza kupitishwa kwa mtoto.

Heritability ni sehemu ya tofauti ya phenotype ambayo inaweza kuhusishwa na tofauti za maumbile, au ugomvi wa maumbile, kati ya watu binafsi katika idadi ya watu. Zaidi ya urithi wa tofauti ya phenotypic ya idadi ya watu, zaidi huathiriwa na majeshi ya mabadiliko ambayo hufanya tofauti ya urithi.

Tofauti za aleli na genotypes ndani ya idadi ya watu huitwa ugomvi wa maumbile. Wakati wanasayansi wanahusika katika kuzaliana kwa aina, kama vile wanyama katika bustani za wanyama na hifadhi za asili, wanajaribu kuongeza ugomvi wa maumbile ya idadi ya watu ili kuhifadhi kiasi cha utofauti wa phenotypic kadiri wanavyoweza. Hii pia husaidia kupunguza hatari zinazohusiana na uzazi wa ndani, kuunganisha kwa watu binafsi wa karibu, ambayo inaweza kuwa na athari mbaya ya kuleta pamoja mabadiliko ya uharibifu ambayo yanaweza kusababisha kutofautiana na kuathirika na ugonjwa huo. Kwa mfano, ugonjwa unaosababishwa na allele ya nadra, ambayo inaweza kuwepo kwa idadi ya watu, lakini utajidhihirisha tu wakati mtu hubeba nakala mbili za allele. Kwa sababu allele ni nadra katika idadi ya kawaida, afya na makazi yasiyo na vikwazo, nafasi ya kuwa flygbolag mbili mate ni ya chini, na hata hivyo, asilimia 25 tu ya watoto wao watarithi ugonjwa allele kutoka kwa wazazi wote wawili. Ingawa inawezekana kutokea wakati fulani, haitatokea mara kwa mara kutosha kwa ajili ya uteuzi wa asili ili uweze kuondoa haraka alele kutoka kwa idadi ya watu, na matokeo yake, allele itahifadhiwa katika viwango vya chini katika bwawa la jeni. Hata hivyo, kama familia ya flygbolag huanza interbreed na kila mmoja, hii kwa kiasi kikubwa kuongeza uwezekano wa flygbolag mbili kuunganisha na hatimaye kuzalisha watoto wagonjwa, jambo linalojulikana kama inbreeding unyogovu.

Mabadiliko katika masafa ya allele ambayo yanatambuliwa katika idadi ya watu yanaweza kutoa mwanga juu ya jinsi inavyoendelea. Mbali na uteuzi wa asili, kuna majeshi mengine ya mabadiliko ambayo yanaweza kuwa katika mchezo: drift maumbile, mtiririko wa jeni, mutation, mating nonrandom, na tofauti ya mazingira.

maumbile drift

Nadharia ya uteuzi wa asili inatokana na uchunguzi kwamba baadhi ya watu katika idadi ya watu wana uwezekano mkubwa wa kuishi kwa muda mrefu na kuwa na watoto zaidi kuliko wengine; hivyo, watapitisha zaidi ya jeni zao kwa kizazi kijacho. Gorilla kubwa, yenye nguvu ya kiume, kwa mfano, ina uwezekano mkubwa zaidi kuliko mdogo, dhaifu kuwa silverback ya idadi ya watu, kiongozi wa pakiti ambaye anafanana zaidi kuliko wanaume wengine wa kikundi. kiongozi pakiti itakuwa baba watoto zaidi, ambao kushiriki nusu ya jeni yake, na ni uwezekano wa pia kukua kubwa na nguvu kama baba yao. Baada ya muda, jeni kwa ukubwa mkubwa itaongezeka kwa mzunguko katika idadi ya watu, na idadi ya watu, kama matokeo, kukua kubwa kwa wastani. Hiyo ni, hii itatokea ikiwa shinikizo hili la uteuzi, au kuendesha nguvu ya kuchagua, ndio pekee inayofanya idadi ya watu. Katika mifano mingine, bora camouflage au upinzani nguvu kwa ukame inaweza kusababisha shinikizo uteuzi.

Njia nyingine ya idadi ya watu allele na genotype frequency inaweza kubadilika ni drift maumbile (Kielelezo\(\PageIndex{2}\)), ambayo ni tu athari ya nafasi. Kwa bahati, baadhi ya watu watakuwa na watoto zaidi kuliko wengine-sio kutokana na faida iliyotolewa na sifa fulani ya kimaumbile iliyosimbwa, lakini kwa sababu tu kiume mmoja kilichotokea kuwa mahali pazuri kwa wakati unaofaa (wakati mwanamke aliyepokelewa akitembea) au kwa sababu mwingine alikuwa mahali pabaya wakati usiofaa (wakati mbweha alikuwa uwindaji).

Kielelezo\(\PageIndex{2}\): Drift ya maumbile katika idadi ya watu inaweza kusababisha kuondoa allele kutoka kwa idadi ya watu kwa bahati. Katika mfano huu, sungura na kanzu kahawia rangi allele (B) ni kubwa juu ya sungura na nyeupe kanzu rangi allele (b). Katika kizazi cha kwanza, aleli mbili hutokea kwa mzunguko sawa katika idadi ya watu, na kusababisha p na q maadili ya 0.5. Nusu tu ya watu huzalisha, na kusababisha kizazi cha pili na p na q maadili ya .7 na .3, kwa mtiririko huo. Watu wawili tu katika kizazi cha pili huzalisha, na kwa bahati watu hawa ni homozygous kubwa kwa rangi ya kanzu ya kahawia. Matokeo yake, katika kizazi cha tatu upungufu wa b allele hupotea.

Zoezi\(\PageIndex{1}\)

Je, unafikiri drift maumbile bila kutokea kwa haraka zaidi katika kisiwa au katika Bara?

Jibu

Drift maumbile ni uwezekano wa kutokea kwa kasi zaidi katika kisiwa ambapo idadi ndogo wanatarajiwa kutokea.

Wakazi wadogo wanaathirika zaidi na nguvu za drift ya maumbile. Idadi kubwa, kwa upande mwingine, ni buffered dhidi ya madhara ya nafasi. Ikiwa mtu mmoja kati ya idadi ya watu 10 hutokea kufa akiwa na umri mdogo kabla ya kuacha uzao wowote kwa kizazi kijacho, jeni zake zote-1/10 za bwawa la jeni la idadi ya watu - litapotea ghafla. Katika idadi ya watu 100, hiyo ni asilimia 1 tu ya pool jumla ya jeni; kwa hiyo, ni kidogo sana athari juu ya muundo wa maumbile ya idadi ya watu.

Drift ya maumbile pia inaweza kukuzwa na matukio ya asili, kama vile maafa ya asili ambayo huua-kwa random-sehemu kubwa ya idadi ya watu. Inajulikana kama athari ya vikwazo, husababisha sehemu kubwa ya genome ghafla kufutwa (Kielelezo\(\PageIndex{3}\)). Katika moja akaanguka swoop, muundo wa maumbile ya waathirika inakuwa muundo wa maumbile ya idadi ya watu wote, ambayo inaweza kuwa tofauti sana na idadi ya watu kabla ya maafa.

Kielelezo\(\PageIndex{3}\): Tukio la nafasi au janga linaweza kupunguza tofauti ya maumbile ndani ya idadi ya watu.

Hali nyingine ambayo watu wanaweza uzoefu ushawishi mkubwa wa drift maumbile ni kama baadhi ya sehemu ya idadi ya watu majani kuanza idadi mpya katika eneo jipya au kama idadi ya watu anapata kugawanywa na kizuizi kimwili ya aina fulani. Katika hali hii, watu hao hawana uwezekano wa kuwa mwakilishi wa idadi ya watu wote, ambayo husababisha athari ya mwanzilishi. Athari ya mwanzilishi hutokea wakati muundo wa maumbile unabadilika kufanana na ule wa baba na mama waanzilishi wa wakazi wapya. Athari ya mwanzilishi inaaminika kuwa imekuwa sababu muhimu katika historia ya maumbile ya wakazi wa Kiafrikaner wa walowezi wa Uholanzi nchini Afrika Kusini, kama inavyothibitishwa na mabadiliko ambayo ni ya kawaida kwa Waafrikaners lakini ni nadra katika wakazi wengine wengi. Hii inawezekana kutokana na ukweli kwamba idadi ya juu kuliko ya kawaida ya wakoloni waanzilishi walibeba mabadiliko haya. Matokeo yake, idadi ya watu huonyesha matukio yasiyo ya kawaida ya ugonjwa wa Huntington (HD) na anemia ya Fanconi (FA), ugonjwa wa maumbile unaojulikana kwa kusababisha uboho wa damu na kasoro za kuzaliwa-hata kansa. ¹

Unganisha na Kujifunza

Tazama video hii fupi ili ujifunze zaidi kuhusu athari za mwanzilishi na vikwazo.

Uunganisho wa Njia ya Sayansi: Kupima Athari ya Bottlen

Swali: Je, majanga ya asili yanaathirije muundo wa maumbile ya idadi ya watu?

Background: Wakati idadi kubwa ya idadi ya watu ni ghafla kufutwa na tetemeko la ardhi au kimbunga, watu binafsi kwamba kuishi tukio ni kawaida sampuli random ya kundi awali. Matokeo yake, maumbile ya maumbile ya idadi ya watu yanaweza kubadilika kwa kasi. Jambo hili linajulikana kama athari ya bottleneck.

Hypothesis: Majanga ya asili ya mara kwa mara yatatoa miundo tofauti ya maumbile ya idadi ya watu; kwa hiyo, kila wakati jaribio hili linaendeshwa, matokeo yatatofautiana.

Mtihani hypothesis: Hesabu idadi ya awali kwa kutumia shanga tofauti za rangi. Kwa mfano, shanga nyekundu, bluu, na njano zinaweza kuwakilisha watu nyekundu, bluu, na njano. Baada ya kurekodi idadi ya kila mtu katika idadi ya awali, kuwaweka wote katika chupa na shingo nyembamba ambayo itawawezesha tu shanga chache nje kwa wakati mmoja. Kisha, chagua 1/3 ya yaliyomo ya chupa ndani ya bakuli. Hii inawakilisha watu wanaoishi baada ya maafa ya asili kuua idadi kubwa ya wakazi. Hesabu idadi ya shanga tofauti za rangi katika bakuli, na uirekodi. Kisha, weka shanga zote nyuma kwenye chupa na kurudia jaribio mara nne zaidi.

Kuchambua data: Linganisha idadi ya watu watano yaliyotokana na jaribio. Je, watu wote wana idadi sawa ya shanga tofauti za rangi, au hutofautiana? Kumbuka, watu hawa wote walitoka kwa idadi sawa ya mzazi.

Fanya hitimisho: Uwezekano mkubwa zaidi, idadi ya watu watano watatofautiana sana. Hii ni kwa sababu majanga ya asili si kuchagua-wao kuua na vipuri watu binafsi kwa random. Sasa fikiria jinsi hii inaweza kuathiri idadi halisi ya watu. Nini kinatokea wakati kimbunga hits Mississippi Gulf Coast Je, ndege wa baharini wanaoishi kwenye nauli ya pwani?

Gene Flow

Nguvu nyingine muhimu ya mabadiliko ni mtiririko wa jeni: mtiririko wa aleli ndani na nje ya idadi ya watu kutokana na uhamiaji wa watu binafsi au gametes (Kielelezo\(\PageIndex{4}\)). Wakati baadhi ya watu ni imara imara, wengine hupata mtiririko zaidi. Mimea mingi, kwa mfano, hutuma poleni yao mbali na pana, kwa upepo au kwa ndege, ili kupiga rangi ya watu wengine wa aina hiyo mbali mbali. Hata idadi ya watu ambayo mwanzoni inaweza kuonekana kuwa imara, kama vile kiburi cha simba, inaweza kupata sehemu yake ya haki ya uhamiaji na uhamiaji huku wanaume wanaoendelea wanawaacha mama zao kutafuta kiburi kipya na wanawake wasiohusiana na jeni. Mtiririko huu wa kutofautiana wa watu binafsi ndani na nje ya kikundi sio tu mabadiliko ya muundo wa jeni wa idadi ya watu, lakini pia inaweza kuanzisha tofauti mpya ya maumbile kwa wakazi katika maeneo tofauti ya kijiolojia na makazi.

Kielelezo\(\PageIndex{4}\): Gene kati yake inaweza kutokea wakati mtu binafsi safari kutoka eneo moja kijiografia hadi nyingine.

Mabadiliko

Mabadiliko ni mabadiliko ya DNA ya kiumbe na ni dereva muhimu wa utofauti katika idadi ya watu. Spishi zinabadilika kwa sababu ya mkusanyiko wa mabadiliko yanayotokea baada ya muda. Kuonekana kwa mabadiliko mapya ni njia ya kawaida ya kuanzisha riwaya ya genotypic na phenotypic ugomvi. Baadhi ya mabadiliko ni mbaya au madhara na huondolewa haraka kutoka kwa idadi ya watu kwa uteuzi wa asili. Wengine ni manufaa na wataenea kwa njia ya idadi ya watu. Ikiwa au mabadiliko ni ya manufaa au ya hatari imedhamiriwa na ikiwa inasaidia kiumbe kuishi kwa ukomavu wa kijinsia na kuzaliana. Baadhi ya mabadiliko hayafanyi chochote na yanaweza kupungua, bila kuathiriwa na uteuzi wa asili, katika genome. Wengine wanaweza kuwa na athari kubwa juu ya jeni na phenotype inayosababisha.

Nonrandom mating

Kama watu binafsi nonnasibu mate na wenzao, matokeo inaweza kuwa mabadiliko ya idadi ya watu. Kuna sababu nyingi nonrandom mating hutokea. Sababu moja ni rahisi mate uchaguzi; kwa mfano, peahens kike wanaweza kupendelea nyuki na kubwa, mkia Brighter. Tabia zinazosababisha matings zaidi kwa mtu binafsi huchaguliwa kwa uteuzi wa asili. Aina moja ya kawaida ya mate uchaguzi, aitwaye assortative mating, ni upendeleo wa mtu binafsi mate na washirika ambao ni phenotypally sawa na wao wenyewe.

Sababu nyingine ya kuunganisha nonrandom ni eneo la kimwili. Hii ni kweli hasa kwa idadi kubwa ya watu kuenea juu ya umbali mkubwa wa kijiografia ambapo si watu wote watakuwa na upatikanaji sawa kwa kila mmoja. Baadhi huenda maili mbali kupitia Woods au juu ya ardhi ya eneo mbaya, wakati wengine wanaweza kuishi mara moja karibu.

Mazingira ugomvi

Jeni sio wachezaji pekee wanaohusika katika kuamua tofauti ya idadi ya watu. Phenotypes pia huathiriwa na mambo mengine, kama vile mazingira (Kielelezo\(\PageIndex{5}\)). Beachgoer ni uwezekano wa kuwa na ngozi nyeusi kuliko mwenyeji wa jiji, kwa mfano, kutokana na yatokanayo mara kwa mara na jua, sababu ya mazingira. Baadhi ya sifa kuu, kama vile jinsia, zinatambuliwa na mazingira kwa aina fulani. Kwa mfano, baadhi ya turtles na viumbe vingine vina uamuzi wa joto-tegemezi ya ngono (TSD). TSD inamaanisha kwamba watu huendeleza kuwa wanaume ikiwa mayai yao yanajumuishwa ndani ya aina fulani ya joto, au wanawake katika aina tofauti za joto.

Kielelezo\(\PageIndex{5}\): Ngono ya alligator ya Marekani (Alligator mississippiensis) imedhamiriwa na joto ambalo mayai huingizwa. Maziwa yaliyoingizwa kwenye 30°C huzalisha wanawake, na mayai yaliyoingizwa kwenye 33°C huzalisha wanaume. (mikopo: Steve Hillebrand, USFWS)

Ugawanyiko wa kijiografia kati ya watu unaweza kusababisha tofauti katika tofauti ya phenotypic kati ya watu hao. Tofauti hiyo ya kijiografia inaonekana kati ya wakazi wengi na inaweza kuwa muhimu. Aina moja ya tofauti ya kijiografia, inayoitwa cline, inaweza kuonekana kama wakazi wa aina fulani hutofautiana hatua kwa hatua katika gradient ya kiikolojia. Aina za wanyama wenye joto, kwa mfano, huwa na miili mikubwa katika hali ya hewa ya baridi karibu na miti ya dunia, na kuwaruhusu kuhifadhi joto bora. Hii inachukuliwa kama kliniki ya latitudinal. Vinginevyo, mimea ya maua huwa na kupasuka kwa nyakati tofauti kulingana na wapi iko kando ya mteremko wa mlima, unaojulikana kama cline ya juu.

Ikiwa kuna mtiririko wa jeni kati ya watu, watu watakuwa na uwezekano wa kuonyesha tofauti za taratibu katika phenotype kando ya cline. Mzunguko wa jeni uliozuiliwa, kwa upande mwingine, unaweza kusababisha tofauti za ghafla, hata speciation.

Muhtasari

Sababu zote za maumbile na mazingira zinaweza kusababisha tofauti ya phenotypic katika idadi ya watu. Aleli tofauti zinaweza kutoa fenotipu tofauti, na mazingira tofauti yanaweza pia kusababisha watu kuangalia au kutenda tofauti. Tofauti hizo pekee zilizowekwa katika jeni za mtu binafsi, hata hivyo, zinaweza kupitishwa kwa watoto wake na, kwa hiyo, kuwa lengo la uteuzi wa asili. Uchaguzi wa asili hufanya kazi kwa kuchagua aleli zinazotoa sifa au tabia za manufaa, huku ukichagua dhidi ya wale kwa sifa mbaya. Drift ya maumbile inatokana na tukio la nafasi kwamba baadhi ya watu katika mstari wa virusi wana watoto zaidi kuliko wengine. Watu wanapoondoka au kujiunga na idadi ya watu, masafa ya allele yanaweza kubadilika kutokana na mtiririko wa jeni. Mabadiliko ya DNA ya mtu binafsi inaweza kuanzisha tofauti mpya katika idadi ya watu. Allele masafa pia inaweza kubadilishwa wakati watu binafsi si nasibu mate na wengine katika kundi.

maelezo ya chini

1. Tipping et al., “Masi na kizazi Ushahidi kwa Mwanzilishi Athari katika Fanconi Anemia Familia Afrikaner Idadi ya Watu wa Afrika Kusini,” PNAS 98, idadi 10 (2001): 5734-5739, doi: 10.1073/pnas.091402398.

faharasa

kuunganisha kwa usawa

wakati watu huwa na mate na wale ambao ni phenotypally sawa na wao wenyewe

athari ya kizuizi

ukuzaji wa drift maumbile kutokana na matukio ya asili au majanga

kliniki

taratibu tofauti ya kijiografia katika gradient mazingira

mtiririko wa jeni

mtiririko wa aleli ndani na nje ya idadi ya watu kutokana na uhamiaji wa watu binafsi au gametes

drift maumbile

athari za nafasi ya gene pool idadi ya watu

tofauti ya maumbile

utofauti wa aleli na genotypes katika idadi ya watu

tofauti ya jiografia

tofauti katika tofauti phenotypic kati ya wakazi ambao ni kutengwa kijiografia

urithi

sehemu ya tofauti ya idadi ya watu ambayo inaweza kuhusishwa na ugomvi wake maumbile

kuzaliana

kuunganisha watu wa karibu

kuzaa unyogovu

ongezeko la kutofautiana na magonjwa katika idadi ya watu wanaozalisha

nonrandom mating

mabadiliko katika gene pool idadi ya watu kutokana na mate uchaguzi au vikosi vingine vinavyosababisha watu binafsi mate na phenotypes fulani zaidi kuliko wengine

tofauti ya idadi ya watu

usambazaji wa phenotypes katika idadi ya watu

shinikizo la kuchagua

sababu ya mazingira ambayo husababisha phenotype moja kuwa bora kuliko mwingine