Творческая роль естественного отбора

Естественный отбор нельзя рассматривать как "сито", сортирующее генотипы по приспособленности. В эволюции ему принадлежит творческая роль. Исключая из репродукции генотипы с малой приспособительной ценностью, сохраняя благоприятные генные комбинации разного достоинства, он преобразует картину генотипической изменчивости, складывающуюся первоначально под действием случайных факторов, в биологически целесообразном направлении. Результатом творческой роли отбора служит процесс органической эволюции, идущей в целом по линии прогрессивного усложнения морфофизиологической организации, а в отдельных ветвях - по пути специализации.

В учении Дарвина естественный отбор выступал как единственный преобразующий и направляющий творческий фактор видообразования и биологической эволюции. Антидарвинисты предпринимали попытки принизить, а нередко и отрицать созидающее значение естественного отбора. При этом одни акцентировали внимание на консервирующей роли отбора, который только отсекает отклонения от видовых признаков и ничего нового не создает. Другие приписывали ему роль механического сита, браковщика, сохраняющего уже готовые жизнеспособные и отсеивающего неприспособленные виды, возникшие в результате крупных мутаций. Однако многочисленными исследованиями показано, что мутации разнонаправлены и в результате мутирования готовый вид с множеством адаптации сразу возникнуть не может.

Формирование вида - длительный исторический процесс, осуществляемый естественным отбором, который через дифференцированное размножение последовательно подхватывает, слагает и из поколения в поколение усиливает мелкие случайные полезные изменения и их сочетания и постепенно преобразует вид, приспосабливая его к меняющимся условиям среды. Хотя отбор сохраняет признаки, обеспечивающие жизненность организмов, в процессе развития вид изменяется и по многим другим признакам, идет перестройка всей его организации в силу корреляций, изменения генетической основы, множественного действия генов. В зависимости от направлений и условий среды отбор на основе многочисленных изменений, поставляемых мутационным процессом, может привести к различным результатам в создании адаптации.

Дарвиновское учение о естественном отборе как ведущем направляющем факторе эволюции занимает центральное место в эволюционной теории. Оно открыло пути для решения кардинальных проблем исторического развития органического мира.

Микроэволюционные изменения являются необходимой предпосылкой, но не всегда завершаются видообразованием. Они могут не выходить за рамки данного вида, обеспечивая его длительное существование. Однако, как правило, завершающим этапом микроэволюции является возникновение нового вида.

Продолжение: Результат микроэволюции - видообразование

Р. Э. Фишер опубликовал свою Фундаментальную теорему естественного отбора в 1958 году. К этому времени уже было известно, что среднее физическое состояние населения улучшается от поколения к поколению. Фишер обнаружил, что чем больше различия в физическом состоянии, тем быстрее средний рост населения. Увеличение различий предполагает совершенствование организма и, следовательно, ускоряет рост.

Технологии, продукты, команды, фирмы и рынки, которые постоянно экспериментируют и производят больше вариантов, совершенствуются быстрее, а ускоренное усовершенствование приводит к ускорению роста рынка. То, что быстрее адаптируется к условиям жизни (можно сказать «становится лучше'«с точки зрения окружающей среды), завоевывает рынки и дает больше прибыли.

Фишер разработал математическое обоснование того, как мелкие изменения приводят к крупным переменам, более зна-

чимым, чем можно было ожидать. Он показал, что, если новая аллель (альтернативное свойство, его мы рассмотрим в главе 2), произведенная мутацией, дает животному всего 1 процент преимущества в физической форме, эта аллель распространится на всю популяцию примерно за 100 поколений. Биологический рынок работает быстро и эффективно.

По сути, основатели популяционной генетики осознали простой факт, что эволюция не действует на изолированные организмы или абстрактные виды, а направлена на конкретные группы скрещивающихся особей, называемые популяциями. Размер и структура эволюционирующей популяции в большой степени определяют направление и результат эволюции. В частности, Фишер сформулировал и доказал фундаментальную теорему естественного отбора (известную как теорема Фишера), в которой утверждается, что интенсивность отбора (и, следовательно, скорость эволюции путём отбора) пропорциональна величине генетической дисперсии по приспособленности эволюционирующей популяции, которая, в свою очередь, пропорциональна эффективному размеру популяции. […] Качественная суть этих уравнений в том, что при одинаковой скорости мутаций в популяции большего эффективного размера отбор более интенсивный. В таких популяциях даже мутации с небольшим положительным коэффициентом отбора («слегка» благоприятные мутации) закрепляются быстро. С другой стороны, мутации даже с очень маленьким отрицательным коэффициентом селекции («слегка» вредные мутации) быстро устраняются. Данный эффект был строго сформулирован в теореме Фишера. Из теоремы Фишера следует, что при эволюции, направляемой только естественным отбором, средняя приспособленность популяции не может уменьшаться (если, конечно, популяция собирается выжить). Формально, согласно теореме Фишера (и в целом, в соответствии с теорией Дарвина), популяция, эволюционирующая с помощью отбора, может только подниматься вверх и, таким образом, достигнуть только локального пика, даже если его высота значительно меньше, чем высота глобального пика.

Источник: http://vikent.ru/author/2837/

Приспособленность. Приспособленность — способность к размножению особей с определенным генотипом. В моделях популяционной генетики приспособленность обозначают как {\displaystyle w}. Понятие приспособленности является центральным в эволюционной теории.

Если генетические различия влияют на приспособленность, частоты генотипов будут меняться в ряду поколений, и менее приспособленные генотипы будут элиминироваться в результате естественного отбора.

Приспособленность отдельной особи проявляется через её фенотип. Так как фенотип особи определяется генотипом и средой, приспособленность различных особей с одним и тем же генотипом может различаться в зависимости от условий жизни. Однако, поскольку приспособленность является средней величиной, она отражает результаты размножения всех особей с данным генотипом. Основной мерой приспособленности особи может являться её плодовитость.

Так как приспособленность является мерой количества копий генов в следующем поколении, то для особи возможны различные стратегии её максимизации. Например, особи может быть «выгодно» как размножаться самой, так и помогать размножаться своим родственникам, несущим такие же или близкие копии генов. Отбор, способствующий такому поведению, называется групповой или кин-отбор (англ. kin selection).

Исследовано, что при существенном численном превосходстве, например, 99 к 1, менее приспособленные особи могут получить преимущество, перед более сильным видом, если первые успели занять определённую нишу. Это способствует генетической вариабельности и позволяет не самым удачным генам передаваться в следующие поколения[1].

Различают абсолютную и относительную приспособленность.

Абсолютная приспособленность (w_abs{\displaystyle w_{\mathrm {abs} }}) генотипа определяется как отношение числа особей с данным генотипом после и до начала отбора. Оно вычисляется для одногопоколения и может выражаться абсолютным числом или частотой. Если приспособленность больше 1.0, частота генотипа увеличивается, отношение меньше 1.0 показывает, что частота генотипа уменьшается.

Абсолютная приспособленность генотипа может также выражаться произведением доли выживших организмов на среднюю плодовитость.

Относительная приспособленность выражается средним числом выживших потомков данного генотипа по сравнению со средним числом выживших потомков конкурирующих генотипов в одном поколении. То есть один из генотипов принимают за w=1 {\displaystyle w=1} и по отношению к нему измеряют приспособленность других генотипов. При этом относительная приспособленность может иметь любое неотрицательное значение.

№8 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 аллелейотносительно 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. Понятие «дрейф генов» (англ. genetic drift) было введено в оборот Райтом (1931), а синонимичноепонятие «генетико-автоматические процессы в популяциях» — Дубининым и Ромашовым (1932). Впоследствии в мировой литературе (в том числе и в русскоязычной) закрепился термин С. Райта

Эффект основателя Эффект основателя — явление снижения и смещения генетического разнообразия при заселении малым количеством представителей рассматриваемого вида новой географической территории. Термин ввёл Э. Майр; является вариантом генетического дрейфа. При таком заселении малое количество исходных особей, имеющих частоты аллелей генов (или других генетических маркеров), случайно отклоняющиеся от характерных для вида в среднем, дают начало новым популяциям. В образовавшихся популяциях частоты рассматриваемых аллелей будут так же смещены, как и в исходной группе особей. Эффект основателя имеет большое значение дляфилогенетики популяций — изучения степени родства между популяциями и путей расселения видов. В частности, при расселении Drosophila melanogaster (вида, имеющего афротропическое происхождение) в Евразию, произошла потеря многих вариантов хромосомных инверсий,микросателлитных и изоферментных маркеров. Эффект основателя имеет значение также для оценки путей расселения древних людей, а также степени родства между современными популяциями или народами. Дрейф генов как фактор эволюции

Мы можем рассматривать дрейф генов как один из факторов эволюции популяций. Благодаря дрейфу частоты аллелей могут случайно меняться в локальных популяциях, пока они не достигнут точки равновесия – утери одного аллеля и фиксации другого. В разных популяциях гены «дрейфуют» независимо. Поэтому результаты дрейфа оказываются разными в разных популяциях – в одних фиксируется один набор аллелей, в других – другой. Таким образом, дрейф генов ведет с одной стороны к уменьшению генетического разнообразия внутри популяций, а с другой стороны - к увеличению различий между популяциями, к их дивергенции по ряду признаков. Эта дивергенция в свою очередь может служить основой для видообразования.

В ходе эволюции популяций дрейф генов взаимодействует с другими факторами эволюции, прежде всего с естественным отбором. Соотношение вкладов этих двух факторов зависит как от интенсивности отбора, так и от численности популяций. При высокой интенсивности отбора и высокой численности популяций влияние случайных процессов на динамику частот генов в популяциях становится пренебрежимо малым. Наоборот, в малых популяциях при небольших различиях по приспособленности между генотипами дрейф генов приобретает решающее значение. В таких ситуациях менее адаптивный аллель может зафиксироваться в популяции, а более адаптивный может быть утрачен.

Как мы уже знаем, наиболее частым последствием дрейфа генов является обеднение генетического разнообразия внутри популяций за счет фиксации одних аллелей и утраты других. Мутационный процесс, напротив, приводит к обогащению генетического разнообразия внутри популяций. Аллель, утраченный в результате дрейфа, может возникать вновь и вновь за счет мутирования.

Поскольку дрейф генов – ненаправленный процесс, то одновременно с уменьшением разнообразия внутри популяций, он увеличивает различия между локальными популяциями. Этому противодействует миграция. Если в одной популяции зафиксирован аллель А, а в другой а, то миграция особей между этими популяциями приводит к тому, что внутри обеих популяций вновь возникает аллельное разнообразие.

Эффект бутылочного горлышка.

Популяционные волны и дрейф генов. Численность популяций редко остается постоянной во времени. За подъемами численности следуют спады. С.С.Четвериков одним из первых обратил внимание на периодические колебания численности природных популяций, популяционные волны. Они играют очень важную роль в эволюции популяций. Дрейф генов мало сказывается на частотах аллелей в многочисленных популяциях. Однако в периоды резкого спада численности его роль сильно возрастает. В такие моменты он может становиться решающим фактором эволюции. В период спада частота определенных аллелей может резко и непредсказуемо меняться. Может происходить утеря тех или иных аллелей и резкое обеднение генетического разнообразия популяций. Потом, когда численность популяции начинает возрастать, популяция будет из поколения в поколение воспроизводить ту генетическую структуру, которая установилась в момент прохождения через «бутылочное горлышко» численности. Примером могут служить ситуация с гепардами – представителями кошачьих. Ученые обнаружили, что генетическая структура всех современных популяций гепардов очень сходна. При этом генетическая изменчивость внутри каждой из популяций крайне низка. Эти особенности генетической структуры популяций гепардов можно объяснить, если предположить, что относительно недавно (пару сотен лет назад) данный вид прошел через очень узкое горлышко численности, и все современные гепарды являются потомками нескольких (по подсчетам американских исследователей, 7) особей.

Эффект бутылочного горлышка сыграл, по-видимому, очень значительную роль в эволюции популяций человека. Предки современных людей в течение десятков тысяч лет расселялись по всему миру. На этом пути, множество популяций полностью вымирало. Даже те, которые уцелели, часто оказывались на грани вымирания. Их численность падала до критического уровня. Во время прохождения через «бутылочное горлышко» численности частоты аллелей менялись по-разному в разных популяциях. Определенные аллели утрачивались полностью в одних популяциях и фиксировались в других. После восстановления численности популяций их измененная генетическая структура воспроизводилась из поколения в поколение. Эти процессы, по-видимому, и обусловили, то мозаичное распределение некоторых аллелей, которое мы сегодня наблюдаем в локальных популяциях человека. Ниже представлено распределение аллеля В по системе групп крови АВ0 у людей. Значительные отличия современных популяций друг от друга могут отражать последствия дрейфа генов, который происходил в доисторические времена в моменты прохождения предковых популяций через «бутылочное горлышко» численности.

№8 Инбридинг, коэффициент инбридинга Инбри́динг (англ. inbreeding, от in — «внутри» и breeding — «разведение») — форма гомогамии, скрещивание близкородственных форм в пределах одной популяции организмов (животных или растений).

Термин «инбридинг» обычно используется в отношении животных, а для растений более распространён термин «инцухт» (нем. Inzucht); этот термин также часто используется при описании взаимоотношений между людьми — например, в биографиях и научно-политических трудах. В том числе в произведении А. Гитлера «Mein Kampf».

Инцест является ярко выраженной формой инбридинга, когда скрещивание происходит между особями, связанными прямым родством. Предельная форма инбридинга — самооплодотворение, когда организм оплодотворяет сам себя.

Инбридинг широко используется селекционерами для усиления целевых характеристик породы илисорта. Наиболее распространённая разновидность инбридинга, которая используется при селекции, называется лайнбридингом (англ. linebreeding). При лайнбридинге потомки спариваются с каким-либо своим предком.

Как известно, диплоидный организм получает каждый ген в двух экземплярах (аллелях) — от отца и от матери. Если эти аллели различаются, то особь называется гетерозиготной (по данному гену), а если не различаются, то гомозиготной. При инбридинге родители являются родственниками и поэтому имеют много одинаковых аллелей, в результате чего гомозиготность увеличивается с каждым поколением.

Инбридинг приводит к повышению постоянства фенотипических признаков в потомстве и, в конечном итоге, производится для получения линий генетически идентичных особей (инбредные линии), на которых удобно проводить биологические и медицинские эксперименты.

При близкородственном скрещивании (или самоопылении у растений) может возникать депрессия: уменьшение урожайности растительных культур, измельчание животных, возникновение аномалий и уродств. Это объясняется гомозиготностью по вредным рецессивным аллелям.

Коэффициент инбридинга («f») — это мера вероятности генетических эффектов из-за близкородственного скрещивания следует ожидать на основе известной родословной (то есть полностью документированные генеалогии (напр., при фиксированной системе разведения).^[2] мера выражает ожидаемый процент гомозиготности, вытекающие из той или иной системы разведения.

Для данного гена с одинаково общих доминантных и рецессивных вариантов A И a, случайное-разводят складе будет 50 % гомозиготных (25 % AA и 25 % aa), а тесно инбредной популяции будет 100 % гомозиготных (100 % AA или 100 % aa). Коэффициент инбридинга f, таким образом, предназначен для запуска из 0 по ожидаемым 50 % гомозиготность) до 1 (ожидается 100 % гомозиготность, f =2 h -1, где h — это шанс найти гомозиготность в этом гене.

Обратите внимание, что f представляет собой математическое ожидание на неопределенный, гипотетический, вполне Менделевской Гена. Его определение имеет не зависимо от того организма генома на самом деле содержит такого Гена. Таким образом, коэффициент инбридинга является статистической величиной производной от индивидуальных родословной и не могут быть проверены или «измеряется» именно, посмотрев на геном человека.

Коэффициент отношения («r») между двумя лицами, B и C получается путём суммирования коэффициентов, рассчитанных для каждой линии, которыми они соединены, их общие предки. Каждая такая линия соединяет два лица через общего предка, проходящей через нет отдельных которых нет общего предка более чем один раз. Путь коэффициента между предком и отпрыском вывода разделенных на n поколений дается как:

p _AO= 2^{−N с}⋅((1+ f _A)/(1+ f _O)) ^½

где f _В И f _О являются коэффициенты инбридинга Для A и O, соответственно.

Коэффициент отношения r _BC в настоящее время получается путём сложения всех коэффициентов путь:

r _BC = Σ p _AB⋅ r _АС.

Полагая, что родословная может быть прослежена в достаточно отдаленных населенных совершенно случайные воспитанный складе (f _A=0) определение r может быть упрощен до

r _BC = Σ _p 2^{− L (p)},

где p перечисляет всех путей, соединяющих B и C с уникальной общих предков (то есть все пути обрываются в общего предка и могут не проходить через общий предок общий предок предка), И L(p) является длиной пути p.

До дана (искусственный) пример: Предполагая, что два человека делят одно 32 предков n =5 поколений назад, но не имеют никаких общих предков в четырёх или меньшего числа поколений назад, их коэффициент отношения будут

r = 2 ⁿ ⋅2^{−2 n} = 2^{− n} , которая является, так как n = 5,

r = 2⁵•2⁻¹⁰ = 2⁻⁵ = 1/32 примерно 0.0313 или 3 %.

Лиц, для которых такая же ситуация сложилась их 1024 предков на десять поколений назад, будет иметь коэффициент r = 2⁻¹⁰ = 0,1 %. Если следует, что значение r может быть дан с точностью до нескольких процентов, если в родословной обоих лиц известен глубине пяти поколений, и с точностью до десятых долей процента, если известны глубина, по крайней мере, десять поколений. Вклад r от общих предков 20 поколений назад (что соответствует примерно 500 лет в человеческой генеалогии, или вклад с общим происхождением от средневековых населения) падает ниже одной части на миллион).

Действие инбридинга на генотипическую структуру популяции

Инбридинг, или спаривание родственных самцов и самок изменяет генетическую структуру популяции в сторону повышения гомозиготности. Происходит снижение доли гетерозигот и увеличение гомозиготных особей. Скрещивание способствует накоплению в популяции гетерозигот, которые являются более продуктивными и могут служить исходным материалом для создания новой породы. При скрещивании происходит изменение частот аллелей и генотипов, меняется их соотношение, утрачивается генное равновесие, повышается комбинативная изменчивость.

Таким образом, все перечисленные факторы приводят к динамическим изменениям в популяции, нарушают соотношение частот аллелей и генотипов, изменяют фенотип особей, проявляются аномальные животные, которых необходимо выбраковывать.

№10 ВИДЫ ИЗОЛЯЦИИ Географическая изоляция[править | править вики-текст]

Географическая изоляция — обособление определенной популяции от других популяций того же вида каким-либо труднопреодолимым географическим препятствием. Подобная изоляция может возникнуть в результате изменения географических условий в пределах ареала вида или при расселении групп особей за пределы ареала, когда «популяции основателей» могут закрепиться в некоторых обособленных районах с благоприятными для них условиями внешней среды. Географическая изоляция — один из важных фактороввидообразования, так как она препятствует скрещиванию и тем самым обмену генетической информацией между обособленными популяциями.

Репродуктивная изоляция[править | править вики-текст]

Основная статья: Репродуктивная изоляция

Репродуктивная (биологическая) изоляция приводит к нарушению свободного скрещивания или образованию стерильного потомства. Классифицируют экологическую, этологическую, временную, анатомо-морфо-физиологическую и генетическую репродуктивную изоляцию. При этологическом характере репродуктивной изоляции для особей разных популяций снижается вероятность оплодотворения ввиду различий в образе жизни и поведения, например, у разных видов птиц отличаются ритуалы ухаживания и брачные песни. При экологическом характере — различаются, условия обитания живых организмов, например, популяции рыб нерестятся в разных местах. При временной изоляции отличаются сроки размножения. При анатомо-морфо-физиологической репродуктивной изоляции у живых организмов возникают различия в строении, размерах отдельных органов половой системы, или возникают различия в биохимических аспектах репродуктивной функции. При генетическом характере репродуктивной изоляции возникают несовместимые гаметы или появляются гибриды с пониженной жизнеспособностью, плодовитостью или стерильностью.^[1]

Перечисленные формы репродуктивной изоляции возникают независимо друг от друга и могут сочетаться в любых комбинациях. Однако именно генетическую изоляцию считают одной из самых важных форм репродуктивной изоляции, так как остальные формы репродуктивной изоляции при видообразовании, в конечном итоге, ведут именно к возникновению независимости генофондов двух популяций. Возникновению репродуктивной изоляции часто способствует длительная географическая изоляция.

№11 г енетическая гетерогенность популяции. С.С. Четвериков (1926), исходя из формулы Харди (см. разделы 3.3 и 8.4), рассмотрел реальную ситуацию, складывающуюся в природе. Мутации обычно возникают и сохраняются в рецессивном состоянии и не нарушают общего облика популяции; популяция насыщена мутациями, «как губка водой».

Генетическая гетерогенность природных популяций, как показали многочисленные эксперименты,— главнейшая их особенность. Она поддерживается за счет мутаций, процесса рекомбинации (только у форм с бесполым размножением вся наследственная изменчивость зависит от мутаций). Происходящая при половом размножении комбинаторика наследственных признаков дает неограниченные возможности для создания генетического разнообразия в популяции. Расчеты показывают, что в потомстве от скрещивания двух особей, различающихся лишь по 10 локусам, каждый из которых представлен 4 возможными аллелями, окажется около 10 млрд особей с различными генотипами. При скрещивании особей, различающихся в общей сложности по 1000 локусам, каждый из которых представлен 10 аллелями, число возможных наследственных вариантов (генотипов) в потомстве составит 10¹⁰⁰⁰, т.е. многократно превзойдет число электронов в известной нам Вселенной.

Эти потенциальные возможности никогда не реализуются даже в ничтожной степени хотя бы только из-за ограниченной численности любой популяции.

Генетическая гетерогенность, поддерживаемая мутационным процессом и скрещиванием, позволяет популяции (и виду в целом) использовать для приспособления не только вновь возникающие наследственные изменения, но и те, которые возникли очень давно и существуют в популяции в скрытом виде. В этом смысле гетерогенность популяций обеспечивает существование мобилизационного резерва наследственной изменчивости (СМ. Гершензон, И.И. Шмальгаузен).

Клинические признаки. Без биохимических или генетических данных часто невозможно решить, определяются ли небольшие различия клинических проявлений какого-либо метаболического нарушения у разных лиц разными мутациями или одной и той же мутацией, но модифицированной под влиянием других генов и факторов окружающей среды. Однако сведения, полученные с помощью биохимических подходов, могут подкреплять клиническое впечатление о гетерогенности. Например, при ювенильной болезни Гоше начала заболевания следует ожидать в более раннем возрасте, а летального исхода — скорее, чем при взрослой форме болезни, так как в первом случае мутантная глюкоцереброзидаза обладает меньшей каталитической активностью, чем во втором (см. гл.316). Понятно, что когда активность глюкоцереброзидазы составляет всего 3 % от нормы, содержание глюкоцереброзидов в тканях будет увеличиваться быстрее, чем если активность фермента составляет 15 % от нормы. Сходным образом причина отсутствия помутнения роговицы при болезни Гунтера и ее помутнение при фенотипически сходной болезни Гурлер почти наверняка заключается в различии ферментных нарушений при этих заболеваниях: недостаточность идуронатсульфатазы при болезни Гунтера и недостаточности a-L-идуронидазыпри болезни Гурлер.

Таблица 305-1.-Критерии генетической гетерогенности

1.Клинические

Возраст начала

Тяжесть

Специфические особенности

2.Биохимические

Компоненты крови, мочи и спинномозговой жидкости

Активность ферментов

Характеристика белков

Гибридизация ДНК—РНК или ДНК—ДНК

3.Генетические

Вероятность комплементации

Способ наследования

Проявления у гетерозигот

Анализ сцепления

Комплементация в смешанной культуре клеток или в гетерокарионах

Биохимические подходы. Чаще всего первым указанием на гетерогенность заболевания служат результаты химических и биохимических исследований. Эти исследования различаются по задачам и сложности: от идентификации отдельных соединений в крови, моче или спинномозговой жидкости до проведения молекулярной гибридизации. Можно привести примеры нарушений, гетерогенность которых показана с помощью каждого из четырех видов биохимических исследований, приведенных в табл.305-1. Так, синдром кетозной гипергликемии, характеризующийся эпизодическим кетоацидозом, непереносимостью белка и гипергликемией, как свидетельствуют результаты химических анализов крови и мочи, оказался присущим нескольким нарушениям обмена органических кислот: a-метилацетоуксусной ацидемии, пропионовой ацидемии и метилмалоновой ацидемии. У больных из разных семей с врожденной несфероцитарной гемолитической анемией была определена недостаточность различных гликолитических ферментов в эритроцитах. Гетерогенность G_M2-ганглиозидозов оставалась неизвестной до тех пор, пока лизосомные гексозаминидазы не были разделены на изоферменты А и В и не удалось порознь определить их активность у больных с болезнями Тея —Сакса и Сандхоффа. Другой подход связан с непосредственным исследованием генов, а не их продуктов. Результаты экспериментов по молекулярной гибридизации ДНК и РНК доказали существование двух крупных видов b-талассемии: b°, которая характеризуется явным отсутствием мРНК b-глобина, и b⁺, для которой характерны, хотя и сниженные, но все же определенные уровни b-глобиновой мРНК. По мере увеличения количества доступных зондов к генам человека из все большего и большего числа локусов можно ожидать бурного использования метода гибридизации ДНК —ДНК как способа выявления гетерогенности. Эти методы уже продемонстрировали свою полезность для доказательства гетерогенности a- и b-талассемий, синдрома Леша —Найхана, фенилкетонурии и недостаточности орнитинтранскарбамилазы.

Генетические подходы. Для выявления гетерогенности важны и генетические методы (см. табл.305-1). Одно из наиболее ранних и убедительных доказательств гетерогенности было получено при обследовании супружеской пары. Оба супруга страдали нервной глухотой, наследуемой по аутосомно-рецессивному типу. Ни один из их детей не страдал глухотой, что определенно свидетельствует о различии и, по-видимому, неаллельности тех мутаций, которые вызывали глухоту у родителей. В ряде случаев о гетерогенности свидетельствовал разный способ наследования фенотипически сходных (или идентичных) нарушений. Например, болезни Гунтера и Гурлер были разделены на том основании, что первая наследовалась как сцепленный с Х-хромосомой признак, а вторая — как аутосомный рецессивный. Подобно этому в настоящее время известны по крайней мере три формы спастической диплегии: одна наследуется как аутосомный доминантный, вторая — как аутосомный рецессивный, а третья — как сцепленный с Х-хромосомой признак. В нескольких случаях гетерогенность была впервые установлена по рецессивному фенотипу у облигатных гетерозигот. Например, о гетерогенности цистинурии свидетельствовал тот факт, что все облигатные гетерозиготы, члены одной семьи, экскретировали увеличенное количество цистина и лизина, тогда как анализ мочи облигатных гетерозигот, членов других семей, не обнаруживал отклонений от нормы. Четвертым генетическим способом обнаружения гетерогенности служит анализ сцепления. Эти исследования позволили разделить наследственный эллиптоцитоз на две формы, одна из которых тесно сцеплена с Rh-локусом группы крови, а другая — не сцеплена. Наконец, гетерогенность устанавливают с помощью комплементационного анализа. Общая стратегия этих исследований проста. Фибробласты двух больных культивируют в одной и той же емкости или объединяют в гетерокарионы. Если аномальный фенотип, свойственный обеим клеточным линиям, сохраняется в культуре, то считается, что у того и другого больного дефект идентичен. Если же в смешанной культуре происходит коррекция, то дефекты в исходных линиях должны быть разными. Этот подход был использован для выявления гетерогенности широкого спектра нарушений, включая мукополисахаридозы, См2-ганглиозидозы, метилмалоновые ацидемии, пропионовые ацидемии, пигмент^ ную ксеродерму и экскрецию увеличенного количества кетокислот с разветвленной цепью. Теоретически положительные результаты комплементационных тестов могли бы обусловливаться любым из двух механизмов: межгенной комплементацией, в которой участвуют два разных локуса, или межаллельной комплементацией, при которой две разные мутации в одном и том же локусе оказываются взаимно корригирующими. В большинстве случаев при положительном тесте на комплементацию имеет место, вероятно, межгенный механизм.

Компаунд-гетерозиготы. Некоторые лица с этим метаболическим нарушением представляют собой компаунд-гетеро-, а не истинные гомозиготы. Компаунд-гетерозиготами называют лиц, получивших разные, а не идентичные мутантные аллели определенного локуса от каждого родителя. Первыми идентифицированными компаунд-гетерозиготами были лица с болезнью гемоглобина SC. Они наследуют ген гемоглобина Sот одного из родителей и ген гемоглобина С от другого. Эти больные обладают двойной дозой мутации по синтезу b-глобиновой цепи, и поэтому у них не образуются нормальные b-цепи. Клинически и химически они отличаются от истинных SS- или СС-гомозигот. Компаунд-гетерозиготы выявлены также среди больных с цистинурией, иминоглицинурией, недостаточностью галактозо-1-фосфатуридилтрансферазы,L-идуронидазы, метилмалонил-КоА-мутазы и цистатионинсинтетазы. У некоторых, но не у всех компаунд-гетерозигот тяжесть состояния не уступает таковой у истинных гомозигот, что зависит от природы наследуемых мутантных аллелей.

№12 Полиморфизм популяций по морфологическим и физиологическим признакам

Полиморфизм популяций по морфологическим и физиологическим признакам

Сверхдоминирование — это явление преимущества класса гетерозигот по сравнению с возможными для данного гена и аллелей классами гомозигот.

Общая характеристика явления и примеры[править | править вики-текст]

Фенотипически, как правило, в случае сверхдоминирования гетерозиготы не обладают особыми внешними признаками. Преимущество связано с биохимическими особенностями.

Одним из характерных примеров сверхдоминирования является повышенная частота аллеля гена серповидноклеточной анемии в популяциях человека, живущих в условиях высокой вероятности заражения малярией. Мутантный аллель защищает организм от заболевания малярией. Гомозиготы по нормальному аллелю могут заболеть малярией и погибнуть, гомозиготы по мутантному аллелю — с высокой вероятностью гибнут от анемии. Гетрозиготы по этому гену не болеют серповидноклеточной анемией и устойчивы к малярии^[1].

Преимущество гетерозигот так же показано по многим генам и у многих организмов. Для Drosophila melanogaster показаны эффекты сверхдоминирования по генуалкогольдегидрогеназы в лабораторных популяциях^[2].

В ряде случаев аллель гена, с которым связано сверхдоминирование, является рецессивно летальным и поддерживается в популяции за счёт преимущества гетерозигот. К таким случаям относится, например, система летальных аллелей гена lethal giant larvae. Гетерозиготы, имеющие нормальный и мутантный вариант этого гена, в ряде случаев, характеризуются повышенной жизнеспособностью^[3].

Гипотеза компенсационных комплексов генов. Имеется и ряд других гипотез гетерозиса. Наиболее интересную из них, гипотезу компенсационного комплекса генов, предложил отечественный генетик В.А. Струнников. Ее суть сводится к следующему. Пусть возникли мутации, сильно понижающие жизнеспособность и продуктивность. В результате отбора у гомозигот формируется компенсационный комплекс генов, в значительной степени нейтрализующий вредное действие мутаций. Если затем такую мутантную форму скрестить с нормальной (без мутаций) и тем самым перевести мутации в гетерозиготное состояние, т.е. нейтрализовать их действие нормальным аллелем, то сложившийся по отношению к мутациям компенсационный комплекс обеспечит гетерозис.

Таким образом, несмотря на то, что генетические основы гетерозиса до конца еще не выяснены, несомненно одно: положительную роль у гибридов играет высокая гетерозиготность, приводящая к проявлению повышенной физиологической активности.

енетический груз — накопление летальных и сублетальных отрицательных мутаций, вызывающих при переходе в гомозиготное состояние выраженное снижение жизнеспособности особей, или их гибель.

«Вырождение» — наблюдаемое при близкородственном скрещивании ухудшение фенотипических характеристик потомства.^[1]

В более строгом смысле генетический груз в популяционной генетике — это выражение уменьшения селективной ценности для популяции по сравнению с той, которую имела бы популяция, если бы все индивидуальные организмы соответствовали бы наиболее благоприятному генотипу. Обычно выражается в средней приспособленности по сравнению с максимальной приспособленностью.

Частью генетического груза является мутационный груз.

Генетический груз рассматривается как мера неприспособленности популяции к условиям окружающей среды. Он оценивается по различию приспособленности реальной популяции — по отношению к приспособленности воображаемой, максимально приспособленной популяции.

Значение генетического груза обычно находится в интервале 0 < L < 1, где 0 — отсутствие генетического груза.