|
Hardy Weinberg Speciație Actualizat: |
Imagini ale principiului Hardy-Weinberg
Principiul Hardy-Weinberg presupune că trebuie să existe:
Nici o migrație
Nici o mutație
Nici o selecție
Populație mare
Încrucișarea este aleatorie
Utilitatea principiului Hardy-Weinberg
Hardy-Weinberg oferă un punct de referință teoretic cu care pot fi comparate populațiile reale.
Se produc abateri de la ipoteze: Hardy-Weinberg oferă un punct de referință pentru evaluarea cauzelor și consecințelor abaterilor.
Deriva genetică: modificări aleatorii ale frecvențelor genice
Deriva genetică înseamnă modificarea aleatorie a frecvențelor genice într-o populație.
Câteva astfel de modificări sunt „neutre”: modificări ale frecvențelor alelelor atunci când alelele nu au consecințe imediate asupra biologiei populației. Exemplu: codonii sinonimi codifică pentru aceiași aminoacizi și, prin urmare, produc exact aceeași proteină.
Exemple de derivă genetică
Codonii de îmbuteliere a populației. Speciile reduse temporar la un număr foarte mic își pierd diversitatea genetică. Exemple: ghepardul – populație redusă în timpul Pleistocenului; elefantul de mare – vânat până aproape de dispariție în secolul al XIX-lea.
Efectul fondator. Populațiile fondate de doar câțiva indivizi au frecvențe genetice neobișnuite.
Semnificația derivei genetice
Efectul fondator poate iniția o nouă populație cu frecvențe genetice neobișnuite, care devin baza unor noi adaptări.
Curentul de blocaj determină reducerea diversității genetice.
Pentru alelele neutre, deriva genetică apare în toate populațiile și speciile. În consecință, populațiile (și speciile) separate acumulează diferențe genetice.
Fluxul de gene
Fluxul de gene înseamnă mișcarea organismelor individuale de la o populație la alta, sau pur și simplu mișcarea gameților (de exemplu, polenul).
Fluxul de gene apropie frecvențele genice ale populațiilor adiacente. Fluxul genetic are un efect opus efectului fondator: dacă are loc, previne acumularea de diferențe genetice.
Semnificația fluxului genetic
Dacă are loc, fluxul genetic menține populațiile adiacente legate între ele.
Dacă populațiile se vor separa suficient de mult pentru a fi considerate specii separate, trebuie să existe bariere care să împiedice orice flux genetic semnificativ.
Mutații
Mutațiile sunt modificări spontane ale materialului genetic. Aceste modificări includ:
Mutații punctiforme: modificări ale unei singure perechi de baze din ADN
Mutații de deplasare a cadrului: deleția sau inserția unei singure perechi de baze suplimentare (codon=3 baze).
Modificări cromozomiale: duplicare, deleție, inversiune, translocație.
Semnificația mutației
Mutațiile introduc noi alele. De obicei, noile alele sunt deletere. Câteva puține, într-un nou context de mediu, se dovedesc a fi benefice. (Poate nu imediat!)
Câteva mutații cromozomiale (de exemplu, inversiunea) produc bariere în calea reproducerii între un nou aranjament cromozomial și aranjamentul ancestral.
Împerechere nealeatorie
Principiul Hardy-Weinberg presupune o împerechere aleatorie: selecția partenerului fără a ține cont de genotip.
Împerecherea nealeatoare înseamnă că selecția partenerului este influențată de diferențele fenotipice bazate pe diferențele genotipice subiacente.
Exemplu de împerechere nealeatoare: Selecția sexuală
La unele specii, masculii dobândesc haremuri și monopolizează femelele. (Elanul, elefantul de mare, caii, leii etc.) De obicei, masculii acestor specii sunt mult mai mari decât femelele.
În unele specii, femelele își aleg parteneri mai atractivi. (păuni, rațe de pădure, muște de fructe cu aripi ilustrate etc.)
Semnificația împerecherii nealeatorii.
Dimorfismul sexual (diferențe vizibile între cele două sexe) rezultă din împerecherea nealeatorie. Procesul este un caz special de selecție naturală cunoscut sub numele de selecție sexuală.
Selecția sexuală poate servi ca o barieră în calea reproducerii între specii foarte asemănătoare. Exemplu: ritualurile de curtare.
Rezumat al excepțiilor de la ipotezele H/W.
Drift genetic–modificări aleatorii (efect fondator, bottleneck și drift genetic neutru).
Fluxul genetic–mișcarea alelelor.
Mutație–material genetic nou.
Împerechere nealeatorie–selecția sexuală, etc.
Selecția naturală–modificări adaptative în fondul genetic.
Hardy-Weinberg ajută la identificarea proceselor naturale ale populației.
Care tip de abatere produce abateri caracteristice de la predicțiile Hardy-Weinberg.
Exemplu: selecția produce modificări în frecvențele genetice așteptate între indivizii nou-născuți și supraviețuitorii adulți.
Hardy-Weinberg este „ipoteza nulă” statistică utilizată pentru testarea datelor de genetică a populațiilor.
Evoluție, selecție naturală, derivă genetică
Evoluția este: schimbări în frecvențele genice ale unei populații pe parcursul mai multor generații.
Selecția naturală este un proces: care apare dacă o populație are variație, diferențe de fitness, moștenire.
Deriva genetică este: schimbări aleatorii în frecvența genelor de la o generație la alta.
Evoluția poate fi rezultatul….
Selecția naturală, dacă mediul se schimbă. Selecția naturală este responsabilă de evoluția adaptativă.
Deriva genetică, dacă apar schimbări aleatorii în frecvențele genelor. Deriva genetică nu produce evoluția adaptativă. Alelele neutre se schimbă din cauza derivei genetice.
Ce este o specie?
Individuii care aparțin aceleiași specii sunt „asemănători” (dar cum rămâne cu dimorfismul sexual? diferențele fenotipice vizibile?, …)
O specie biologică este definită ca o populație sau un grup de populații ai căror membri au potențialul de a se încrucișa și de a produce urmași fertili.
Specii: legate între ele printr-un fond genetic comun
Mulii sunt indivizi rezistenți produși prin încrucișarea între indivizi din două specii diferite: Cal x Măgar. Dar catârii sunt sterili – de aceea cele două specii rămân separate, în ciuda încrucișării.
Căprioara de miazănoapte și cea de vest arată aproape la fel, dar cântecul de curtare este foarte diferit – ele nu se încrucișează.
O specie este…
Un grup de indivizi care se încrucișează și, prin urmare, reprezintă un fond genetic comun.
Dacă există bariere reproductive care împiedică (permanent) două populații să se încrucișeze, ele aparțin unor specii separate.
O paranteză despre ortografie
Specia la singular este….
Specii
Pluralul speciilor este…
Specii
Specii asemănătoare sunt grupate ca gen (singular). Pluralul este genuri: două sau mai multe genuri.
Speciație: divizarea unei specii în două sau mai multe specii.
Au fost descoperite o varietate de mecanisme care pot cauza speciația – divizarea unei specii (strămoșești) în două sau mai multe specii (descendente).
Speciația: divizarea unei specii (strămoșești) în două sau mai multe specii (descendente).
Cheia este izolarea reproductivă. Mecanismele introduc bariere în calea reproducerii. Barierele pot fi sporite prin selecție sau șterse prin încrucișare. Timpul va spune care dintre ele.
Semnificația barierelor de reproducere
Semnificația barierelor de reproducere este că ele mențin izolarea genetică între două populații. Dacă aceste bariere sunt complete, populațiile reprezintă specii distincte.
Barierele pot apărea printr-o varietate de mijloace diferite. Exemplu: izolare geografică urmată de derivă, mutație sau selecție până când izolarea reproductivă este completă.
Procesul de speciație
Au fost studiate multe mecanisme diferite.
Două exemple
*Speciație alopatrică–speciație bazată pe separare geografică și.
*Polyploidia–speciație bazată pe un mecanism cromozomial.
Speciație alopată
Speciația geografică este unul dintre mecanismele care pot determina izolarea reproductivă.
Speciație alopată înseamnă: speciație care urmează (în timp) după izolarea geografică. Bariera inițială în calea reproducerii este reprezentată de separarea fizică. Dacă se acordă suficient timp (multe generații) se pot acumula suficiente diferențe pentru ca separarea să devină permanentă.
Exemplu de speciație alopatrică
Specia cu cap albastru (Caraibe) și peștele curcubeu (Pacific) sunt foarte asemănătoare. Populația lor ancestrală comună a fost despărțită de creșterea Istmului Panama în urmă cu aproximativ 5 milioane de ani.
De când a avut loc această separare alopatrică, cele două specii au evoluat independent.
Un exemplu ambiguu
Speciația alopatrică este un proces care poate fi întrerupt înainte de finalizare.
Exemplu posibil: deermicele. Există 4 populații strâns înrudite în vestul Intermountain. Toate cele 4 sunt distincte în unele privințe, dar se încrucișează, cu excepția: două dintre subspecii nu se încrucișează, deși se suprapun.
Deci acestea sunt specii sau doar populații ale aceleiași specii?
Două dintre populații (în Montana/Idaho) se suprapun, dar nu se încrucișează. Prin urmare, trebuie să fie specii diferite.
Ambele se încrucișează cu celelalte două populații, astfel încât genele pot trece de la una la cealaltă.
Răspunsul: Timpul va spune. Cu mai multă divergență, va avea loc speciația. Cu mai multă încrucișare, nu va avea loc.
Speciația: un proces dinamic
Speciația este un proces dinamic – are loc în multe locuri, în multe populații, dar este inversată în multe locuri prin încrucișare.
Ar trebui să ne așteptăm să vedem: populații cu potențial de divergență (de ex. melcul p238), populații care au divergent cai și măgari), populații care ar putea fi în proces (deermice).
Bariere de reproducere–multe tipuri. (vezi p241).
Barierele de reproducere pot împiedica orice împerechere: comportamentale (curtare, etc.); de habitat (populațiile aleg habitate diferite și nu se întâlnesc niciodată), etc. Astfel de bariere sunt bariere prezigotice. Nu există fertilizare.
Barierele în calea reproducerii pot împiedica succesul reproductiv ulterior: sterilitate (hibrizii mor sau sunt infertili), etc. Astfel de bariere sunt bariere postzigotice.
Semnificația poliploidiei
Apariția gameților diploizi (rar) poate da naștere unui individ poliploid după fertilizare.
Multe plante (de exemplu, mazărea lui Mendels) sunt hermafrodite.
Poliploidia poate da naștere unei noi specii: din cauza incompatibilității dintre părinte și descendent, descendenții sunt distincți.
Poliploidia: mijloc comun de speciație la plante
Un mijloc comun de dezvoltare a izolării genetice la plante este cunoscut sub numele de poliploidie.
În contrast cu majoritatea animalelor, seturile suplimentare de cromozomi la multe plante nu sunt perturbatoare.
Plantele produc uneori (rar) gameți cu un set diploid de cromozomi. Dacă sunt fertilizate, rezultatul este o plantă poliploidă.
Vocabularul de „ploidie”.
Haploid – jumătate de set de cromozomi
Diploid – set dublu de cromozomi (norma la organismele sexuale tipice)
Triploid – 3 seturi de cromozomi (de obicei steril, deoarece împerecherea cromozomilor în timpul meiozei este imposibilă).
Tetraploid – 4 seturi de cromozomi. (Meioza este OK pentru orice număr par de ploidii.)
Grâu: un caz de poliploidie și speciație.
Grâul modern este rezultatul a două hibridări succesive (vezi figura 15.6).
Hibridizarea 1: grâu Einkorn cu un grâu sălbatic. Grâul Einkorn și grâul sălbatic aveau fiecare 14 cromozomi. Hibridul (în cele din urmă) a avut 28 de cromozomi: poliploidie.
Cea de-a doua hibridare a adus numărul de cromozomi la 42 la grâul modern
Înapoi la Biologie 102 Rezumat de curs
.