5 fattori che influenzano l'equilibrio genetico

Alcuni dei principali fattori che influiscono sull'equilibrio genetico e inducono la variabilità della popolazione sono i seguenti: (A) Mutazioni (B) Ricombinazioni durante la riproduzione sessuale (C) Deriva genetica (D) Migrazione genica (Flusso genico) (E) Selezione naturale .

Secondo la legge sull'equilibrio di Hardy-Weinberg, la frequenza relativa degli alleli nella popolazione rimane costante di generazione in generazione in una popolazione di organismi sessualmente riproducenti quando:

(i) La popolazione è abbastanza grande da poter ignorare l'incidente del campionamento

(ii) L'accoppiamento avviene a caso;

(iii) La mutazione non ha luogo o se lo fa, la velocità è la stessa in entrambe le direzioni

(iv) Tutti i membri della popolazione sopravvivono e hanno tassi di riproduzione uguali

Fattori che influenzano l'equilibrio di Hardy-Weinberg:

Ci sono cinque fattori che influenzano l'equilibrio genetico e inducono la variabilità nella popolazione. Questi fattori sono chiamati agenti evolutivi.

(A) Mutazioni:

Questi sono caratterizzati da:

(i) Questi sono cambiamenti improvvisi, grandi ed ereditabili nel materiale genetico.

(ii) Le mutazioni sono casuali (indiscriminate) e si verificano in tutte le direzioni.

(iii) La maggior parte delle mutazioni sono dannose o neutre. Si stima che solo una su 1.000 mutazioni sia utile.

(iv) Il tasso di mutazione è molto basso, cioè uno per milione o uno per diversi milioni di geni. Ma il tasso di mutazione è sufficiente per produrre una considerevole variabilità genetica.

(v) Alcune mutazioni sono preadattive e appaiono anche senza esposizione ad un ambiente specifico. Questi esprimono e diventano vantaggiosi solo quando sono esposti a un nuovo ambiente che seleziona solo le mutazioni preadattive avvenute prima.

L'esistenza di mutazioni preadattive in Escherichia coli è stata dimostrata sperimentalmente da Esther Lederberg (1952) nell'esperimento di placcatura di replica (spiegato nel neodarwinismo).

(vi) Sulla base della quantità di materiale genetico coinvolto, le mutazioni sono di tre tipi (Tabella 7.15):

(vii) Sulla base della loro origine, le mutazioni sono di due tipi (Tabella 7.16):

Tabella 7.16. Differenze tra mutazioni spontanee e indotte.

(viii) Significato delle mutazioni:

(a) Le mutazioni creano e mantengono variazioni all'interno di una popolazione.

(b) Questi introducono anche nuovi geni e alleli in un pool genico (Figura 7.45).

(c) L'accumulo di mutazioni su un numero di generazioni può portare alla speciazione.

(B) Ricombinazioni durante la riproduzione sessuale:

La ricombinazione comporta il rimescolamento dei geni dei cromosomi. Le probabilità di ricombinazione sono maggiori in quegli organismi che subiscono la riproduzione sessuale che coinvolge la gametogenesi seguita dalla fecondazione.

La riproduzione sessuale prevede ricombinazioni durante tre fasi:

(i) Attraversamento (Fig. 7.46):

Implica lo scambio di materiale genetico tra i cromatidi non fratelli dei cromosomi omologhi.

Il meccanismo di attraversamento comprende le seguenti fasi:

(a) La sinapsi comporta l'associazione di cromosomi omologhi durante lo stadio zygotene della Prophase 1 della meiosi per formare bivalenti.

(b) Formazione di tetrado poiché ogni bivalente è formato da quattro cromatidi durante lo stadio di pachitene della meiosi I.

(c) Formazione di chiasma dovuta alla formazione di cromatidi non sorici di cromosomi omologhi per formare punti a forma di X, chiamati chiasma.

(d) L'attraversamento implica lo scambio di materiale genetico.

(ii) Per assortimento indipendente di cromosomi:

Durante la metafase I, i bivalenti si dispongono all'equatore del fuso in due placche equatoriali o metafase. Durante l'anafase I, i cromosomi omologhi si muovono verso i poli opposti. Questo è chiamato disgiunzione e porta alla riduzione del numero di cromosomi. Variazioni si verificano durante la disposizione casuale dei bivalenti durante la metafase I della meiosi.

Il numero di ricombinazione prodotto dipende dal numero di bivalenti nell'organismo ed è dato dalla formula 2 ⁿ (dove n rappresenta il numero di bivalenti) per esempio nell'essere umano, il numero di combinazioni possibili dei gameti sarà di 8, 6 x 10 ⁶ (2 ²³ ).

(iii) per fertilizzazione casuale:

Coinvolge la fusione casuale di gameti, ad esempio, nell'essere umano, il numero di possibili tipi di zigote formato è 70 x 10 ¹² . È così come qualsiasi sperma con qualsiasi combinazione di geni può fondersi con qualsiasi uovo con qualsiasi combinazione di geni.

Significato:

A causa della ricombinazione, anche se si verificano solo rimpasti di personaggi già esistenti e non vengono prodotti nuovi geni, ma porta alla ridistribuzione di tratti diversi a individui diversi di una popolazione. Diverse combinazioni portano diversità nel genotipo e fenotipo di diversi organismi. Quindi la ricombinazione è un agente di evoluzione.

(C) deriva genetica:

È il cambiamento casuale nella frequenza degli alleli che si verificano per fluttuazioni casuali. È caratterizzato da:

(i) È un errore di campionamento binomiale del pool genico, cioè che gli alleli che formano il pool genico della generazione successiva sono un campione degli alleli della popolazione attuale.

(ii) La deriva genetica influenza sempre le frequenze degli alleli ed è inversamente proporzionale alla dimensione della popolazione. Quindi la deriva genetica è più importante in popolazioni molto piccole in cui ci sono maggiori possibilità di consanguineità che aumenta la frequenza di individui omozigoti per alleli recessivi, molti dei quali forse deleteri.

(iii) La deriva genetica si verifica quando un piccolo gruppo si separa da una popolazione più ampia e potrebbe non avere tutti gli alleli o potrebbe differire dalla popolazione dei genitori nelle frequenze di determinati geni. Questo spiega la differenza tra le popolazioni insulari e la popolazione continentale.

(iv) In una piccola popolazione, un evento casuale (ad es. tempesta di neve) può aumentare la frequenza di un personaggio che ha un piccolo valore adattativo.

(v) La deriva genetica può anche funzionare attraverso l'effetto del fondatore. In questo, la deriva genetica può causare cambiamenti drammatici nelle frequenze alleliche in una popolazione derivata da piccoli gruppi di colonizzatori, chiamati fondatori, in un nuovo habitat.

Questi fondatori non hanno tutti gli alleli trovati nella loro popolazione di origine. Questi fondatori divengono rapidamente diversi dalla popolazione dei genitori e possono formare una nuova specie, ad esempio l'evoluzione dei fringuelli di Darwin sulle isole Galapagos, probabilmente derivate da alcuni fondatori iniziali.

(vi) collo di bottiglia della popolazione (figura 7.47):

È la riduzione delle frequenze alleliche causata da una drastica riduzione delle dimensioni della popolazione chiamata arresti della popolazione, ad esempio diminuzione della popolazione di ghepardi in Africa a causa della caccia eccessiva. Poiché il pool genico dato è limitato, il collo di bottiglia della popolazione spesso impedisce alla specie di ristabilire la sua ricchezza precedente, quindi la nuova popolazione ha un pool genico molto ristretto rispetto alla popolazione madre più numerosa.

(D) Migrazione genica (flusso genico):

La maggior parte delle popolazioni sono solo parzialmente isolate da altre popolazioni della stessa specie. Di solito alcune migrazioni-emigrazioni (l'allontanamento di alcuni individui da una popolazione) o l'immigrazione (l'ingresso di alcuni membri di una popolazione in un'altra popolazione della stessa specie) avviene tra le popolazioni.

L'immigrazione comporta l'aggiunta di nuovi alleli nel pool genico esistente e cambia le frequenze alleliche. Il grado di cambiamenti nelle frequenze alleliche dipende dalle differenze tra i genotipi degli immigrati e la popolazione nativa.

Se non ci sono molte differenze genetiche, l'ingresso di un piccolo numero di migranti non cambierà molto le frequenze alleliche. Tuttavia, se le popolazioni sono geneticamente molto diverse, una piccola quantità di immigrazione può portare a grandi cambiamenti nelle frequenze alleliche.

Se gli individui migratori si incrociano con i membri della popolazione locale, chiamata ibridazione, questi possono portare molti nuovi alleli nel pool genico locale della popolazione ospite. Questo è chiamato migrazione dei geni. Se gli ibridi inter-specifici sono fertili, questi possono iniziare una nuova tendenza evolutiva che porta alla formazione di nuove specie.

Questa aggiunta o rimozione di alleli quando gli individui entrano o escono da una popolazione da un'altra località viene chiamata flusso genico. Il flusso genico illimitato riduce le differenze tra i pool genici e riduce il carattere distintivo tra diverse popolazioni.

Tabella 7.17. Differenze tra Micro-evoluzione e Macro-evoluzione.

(E) Selezione naturale:

(i) Definizione:

Il processo mediante il quale gli individui comparativamente meglio adattati su una popolazione eterogenea sono favoriti dalla Natura rispetto agli individui meno adattati, è chiamata selezione naturale.

(ii) Meccanismo:

Il processo di selezione naturale opera attraverso una riproduzione differenziale.

Significa che quegli individui, che si adattano meglio all'ambiente, sopravvivono più a lungo e si riproducono a un ritmo più elevato e producono più discendenti di quelli meno adatti.

Quindi i formatori contribuiscono proporzionalmente una maggiore percentuale di geni al pool genico di nuova generazione mentre gli individui meno adattati producono meno discendenti. Se la riproduzione differenziale continua per un numero di generazioni, i geni di quegli individui che producono più discendenti diventeranno predominanti nel pool genico della popolazione (Fig. 7.48):

A causa della comunicazione sessuale, vi è un libero flusso di geni in modo che la variabilità genetica che appare in alcuni individui, si diffonda gradualmente da un meme ad un altro, dal demone alla popolazione e quindi alle popolazioni sorelle vicine e infine alla maggior parte dei membri di un specie. Quindi la selezione naturale causa cambiamenti progressivi nelle frequenze geniche, cioè la frequenza dei geni adattivi aumenta mentre diminuisce la frequenza dei geni meno adattivi.

Quindi la selezione naturale del neodarwinismo agisce come una forza creativa e opera attraverso il successo riproduttivo comparativo. L'accumulo di tali variazioni porta all'origine di una nuova specie.

(iii) Tipi di selezione naturale:

I tre diversi tipi di selezioni naturali osservate sono:

1. Selezione di stabilizzazione o bilanciamento:

Porta all'eliminazione di organismi con caratteri sovradicificati e mantiene una popolazione omogenea che è geneticamente costante. Favorisce i fenotipi medi o normali, mentre elimina gli individui con espressioni estreme. In questo, più individui acquisiscono un valore di carattere medio.

Riduce la variazione ma non modifica il valore medio. Risulta molto lento tasso di evoluzione. Se disegniamo una curva grafica della popolazione, è a forma di campana. La curva a campana si restringe a causa dell'eliminazione di varianti estreme (Fig. 7.49).

Esempio:

Anemia falciforme negli esseri umani (spiegata nel neodarwinismo).

2. Selezione direzionale o progressiva:

In questa selezione, la popolazione cambia verso una direzione particolare insieme al cambiamento dell'ambiente. Poiché l'ambiente sta subendo un continuo cambiamento, gli organismi che hanno acquisito nuovi personaggi sopravvivono e altri vengono gradualmente eliminati (Fig. 7.50).

In questo, gli individui ad un estremo (meno adattati) vengono eliminati mentre gli individui ad altri estremi (più adattati) sono favoriti. Ciò produce individui sempre più adattati nella popolazione quando tale selezione opera per molte generazioni. In questo tipo di selezione, più individui acquisiscono valore diverso dal valore medio del personaggio.

Esempi:

Il melanismo degli industriali (spiegato nel neodarwinismo):

In questo, il numero delle falene di colore chiaro {Biston betularia) diminuiva gradualmente mentre quello delle falene melaniche (B. carbonaria) aumentava mostrando la selezione direzionale.

Zanzare resistenti al DDT (spiegate nel neodarwinismo):

In questo, le zanzare sensibili sono state eliminate e quelle resistenti sono aumentate di numero. Così la popolazione di zanzare resistenti aumentò mostrando una selezione direzionale.

3. Selezione dirompente:

È un tipo di selezione naturale che favorisce le espressioni estreme di certi tratti per aumentare la varianza in una popolazione. Rompe una popolazione omogenea in molte forme adattive. Ne risulta un polimorfismo equilibrato.

In questo tipo di selezione, più individui acquisiscono valore di carattere periferico ad entrambe le estremità della curva di distribuzione. Questo tipo di selezione è raro ed elimina la maggior parte dei membri con espressione media, producendo così due picchi nella distribuzione di un tratto (Fig. 7.51).

Esempio:

In mare, i tre tipi di lumache, cioè di colore bianco; sono presenti i colori marrone e nero. Le lumache di colore bianco sono invisibili se coperte da cirripedi. Le lumache di colore nero sono invisibili quando la roccia è spoglia. Ma le lumache di colore marrone vengono mangiate dai predatori in entrambe le condizioni. Quindi questi vengono eliminati gradualmente.