5 yếu tố ảnh hưởng đến cân bằng di truyền

Một số yếu tố chính ảnh hưởng đến trạng thái cân bằng di truyền và gây ra sự thay đổi về dân số như sau: (A) Đột biến (B) Tái tổ hợp trong quá trình sinh sản hữu tính (C) Di truyền gen (D) Di truyền gen (Dòng gen) (E) Chọn lọc tự nhiên .

Theo định luật cân bằng Hardy-Weinberg, tần số tương đối của các alen trong quần thể không đổi từ thế hệ này sang thế hệ khác trong quần thể sinh vật sinh sản hữu tính khi:

(i) Dân số đủ lớn để có thể bỏ qua tai nạn lấy mẫu

(ii) Giao phối diễn ra ngẫu nhiên;

(iii) Đột biến không diễn ra hoặc nếu có, tỷ lệ là như nhau ở cả hai hướng

(iv) Tất cả các thành viên của quần thể đều sống sót và có tỷ lệ sinh sản bằng nhau

Các yếu tố ảnh hưởng đến trạng thái cân bằng Hardy-Weinberg:

Có năm yếu tố ảnh hưởng đến trạng thái cân bằng di truyền và gây ra sự thay đổi trong dân số. Những yếu tố này được gọi là tác nhân tiến hóa.

(A) Đột biến:

Chúng được đặc trưng bởi:

(i) Đây là những thay đổi đột ngột, lớn và di truyền trong vật liệu di truyền.

(ii) Đột biến là ngẫu nhiên (bừa bãi) và xảy ra theo mọi hướng.

(iii) Hầu hết các đột biến là có hại hoặc trung tính. Người ta ước tính rằng chỉ một trong số 1.000 đột biến là hữu ích.

(iv) Tỷ lệ đột biến rất thấp, tức là một triệu hoặc một trên vài triệu geni loci. Nhưng tỷ lệ đột biến là đủ để tạo ra sự biến đổi di truyền đáng kể.

(v) Một số đột biến nhất định là có trước và xuất hiện ngay cả khi không tiếp xúc với môi trường cụ thể. Chúng biểu hiện và trở nên thuận lợi chỉ khi sau khi tiếp xúc với môi trường mới mà chỉ chọn các đột biến trước khi xảy ra trước đó.

Sự tồn tại của các đột biến preadaptive ở Escherichia coli đã được chứng minh bằng thực nghiệm bởi Esther Lederberg (1952) trong thí nghiệm mạ bản sao (Giải thích trong Neo-Darwinism).

(vi) Trên cơ sở số lượng vật liệu di truyền có liên quan, đột biến có ba loại (Bảng 7.15):

(vii) Trên cơ sở nguồn gốc của chúng, các đột biến có hai loại (Bảng 7.16):

Bảng 7.16. Sự khác biệt giữa các đột biến tự phát và gây ra.

(viii) Ý nghĩa của các đột biến:

(a) Đột biến tạo ra và duy trì các biến thể trong quần thể.

(b) Chúng cũng giới thiệu các gen và alen mới trong một nhóm gen (Hình 7.45).

(c) Tích lũy các đột biến qua một số thế hệ có thể dẫn đến sự đầu cơ.

(B) Tái hợp trong quá trình sinh sản hữu tính:

Tái tổ hợp liên quan đến việc sắp xếp lại các gen của nhiễm sắc thể. Cơ hội tái tổ hợp nhiều hơn ở những sinh vật trải qua quá trình sinh sản hữu tính có liên quan đến quá trình tạo giao tử sau đó là thụ tinh.

Sinh sản hữu tính liên quan đến tái hợp trong ba giai đoạn:

(i) Băng qua (Hình 7.46):

Nó liên quan đến việc trao đổi vật liệu di truyền giữa các nhiễm sắc thể không chị em của nhiễm sắc thể tương đồng.

Cơ chế vượt qua bao gồm các giai đoạn sau:

(a) Synapsis liên quan đến việc ghép các nhiễm sắc thể tương đồng trong giai đoạn zygotene của Prophase 1 của meiosis để tạo thành hai mảnh.

(b) Sự hình thành Tetrad vì mỗi bivalent được hình thành từ bốn chất nhiễm sắc trong giai đoạn pachytene của bệnh teo cơ I.

(c) Hình thành chiasma do cuộn các nhiễm sắc thể không phải chị em của nhiễm sắc thể tương đồng để tạo thành các điểm hình chữ X, được gọi là chiasma.

(d) Giao nhau liên quan đến trao đổi vật liệu di truyền.

(ii) Bằng cách phân loại nhiễm sắc thể độc lập:

Trong quá trình metaphase-I, các bivalent sắp xếp tại xích đạo của trục chính trong hai tấm xích đạo hoặc metaphase. Trong quá trình phản vệ I, nhiễm sắc thể tương đồng di chuyển về phía hai cực đối diện. Điều này được gọi là sự phân ly và dẫn đến giảm số lượng nhiễm sắc thể. Biến thể xảy ra trong quá trình sắp xếp các bivalents trong metaphase I của bệnh teo cơ.

Số lượng tái tổ hợp được tạo ra phụ thuộc vào số lượng hóa trị hai trong cơ thể và được đưa ra theo công thức 2 ⁿ (trong đó n đại diện cho số lượng hai hóa trị), ví dụ như ở người, số lượng tổ hợp giao tử có thể sẽ là 8, 6 x 10 ⁶ (2 ²³ ).

(iii) Bằng cách thụ tinh ngẫu nhiên:

Nó liên quan đến sự hợp nhất cơ hội của giao tử, ví dụ, ở người, số loại hợp tử có thể hình thành là 70 x 10 ¹² . Nó là như vậy vì bất kỳ tinh trùng với bất kỳ sự kết hợp của các gen có thể hợp nhất với bất kỳ noãn với bất kỳ sự kết hợp của các gen.

Ý nghĩa:

Do sự tái tổ hợp, mặc dù chỉ có sự tái định hình các nhân vật đã tồn tại và không có gen mới nào được tạo ra nhưng nó dẫn đến việc phân phối lại các đặc điểm khác nhau cho các cá thể khác nhau trong quần thể. Sự kết hợp khác nhau mang lại sự đa dạng về kiểu gen và kiểu hình của các sinh vật khác nhau. Vì vậy, tái hợp là một tác nhân của sự tiến hóa.

(C) Di truyền trôi dạt:

Đó là sự thay đổi ngẫu nhiên về tần số alen xảy ra do dao động cơ hội. Nó được đặc trưng bởi:

(i) Đó là lỗi lấy mẫu nhị thức của nhóm gen, tức là các alen tạo thành nhóm gen của thế hệ tiếp theo là một mẫu của các alen của quần thể hiện tại.

(ii) Sự trôi dạt di truyền luôn ảnh hưởng đến tần số của các alen và tỷ lệ nghịch với kích thước của quần thể. Vì vậy, sự trôi dạt di truyền là quan trọng nhất trong các quần thể rất nhỏ, trong đó có nhiều khả năng cận huyết làm tăng tần số cá thể đồng hợp tử cho các alen lặn, nhiều trong số đó có thể gây hại.

(iii) Sự trôi dạt di truyền xảy ra khi một nhóm nhỏ tách khỏi quần thể lớn hơn và có thể không có tất cả các alen hoặc có thể khác với quần thể bố mẹ về tần số của một số gen nhất định. Điều này giải thích cho sự khác biệt giữa dân số đảo và dân số đại lục.

(iv) Trong một dân số nhỏ, một sự kiện có thể xảy ra (ví dụ bão tuyết) có thể làm tăng tần suất của một nhân vật có ít giá trị thích nghi.

(v) Sự trôi dạt di truyền cũng có thể hoạt động thông qua hiệu ứng người sáng lập. Trong đó, sự trôi dạt di truyền có thể gây ra những thay đổi đáng kể về tần số alen trong một quần thể có nguồn gốc từ các nhóm nhỏ thuộc địa, được gọi là người sáng lập, đến một môi trường sống mới.

Những người sáng lập không có tất cả các alen được tìm thấy trong quần thể nguồn của họ. Những người sáng lập này trở nên nhanh chóng khác biệt với quần thể cha mẹ và có thể tạo thành một loài mới, ví dụ như sự tiến hóa của loài chim sẻ Darwin trên Quần đảo Galapagos có lẽ bắt nguồn từ một vài người sáng lập ban đầu.

(vi) Nút cổ chai dân số (Hình 7.47):

Đó là giảm tần số alen gây ra bởi sự giảm mạnh về quy mô dân số được gọi là sự sụp đổ dân số, ví dụ như giảm dân số cheetah ở châu Phi do săn bắn quá mức. Do nhóm gen nhất định bị hạn chế, nút cổ chai dân số thường ngăn cản loài này thiết lập lại sự giàu có trước đây của nó, vì vậy quần thể mới có nhóm gen bị hạn chế hơn nhiều so với quần thể bố mẹ lớn hơn.

(D) Di chuyển gen (Dòng gen):

Hầu hết các quần thể chỉ được phân lập một phần từ các quần thể khác cùng loài. Thông thường một số di cư - di cư (di chuyển ra khỏi một số cá nhân ra khỏi dân số) hoặc nhập cư (nhập một số thành viên của dân số vào một quần thể khác cùng loài) xảy ra giữa các quần thể.

Kết quả nhập cư trong việc bổ sung các alen mới vào nhóm gen hiện có và thay đổi tần số alen. Mức độ thay đổi tần số alen phụ thuộc vào sự khác biệt giữa kiểu gen của người nhập cư và dân số bản địa.

Nếu không có nhiều khác biệt về gen, thì sự xâm nhập của một số ít người di cư sẽ không làm thay đổi tần số alen nhiều. Tuy nhiên, nếu quần thể có sự khác biệt về mặt di truyền, một lượng nhỏ nhập cư có thể dẫn đến những thay đổi lớn về tần số alen.

Nếu các cá thể di cư giao phối với các thành viên của dân số địa phương, được gọi là lai, chúng có thể đưa nhiều alen mới vào nhóm gen địa phương của quần thể ký chủ. Điều này được gọi là di chuyển gen. Nếu các giống lai cụ thể có khả năng sinh sản, thì chúng có thể bắt đầu một xu hướng mới trong quá trình tiến hóa dẫn đến sự hình thành các loài mới.

Việc bổ sung hoặc loại bỏ các alen khi các cá thể xâm nhập hoặc rời khỏi một quần thể từ một địa phương khác được gọi là dòng gen. Dòng gen không bị hạn chế làm giảm sự khác biệt giữa các nhóm gen và làm giảm sự khác biệt giữa các quần thể khác nhau.

Bảng 7.17. Sự khác biệt giữa tiến hóa vi mô và tiến hóa vĩ mô.

(E) Chọn lọc tự nhiên:

(i) Định nghĩa:

Quá trình các cá thể thích nghi tương đối tốt hơn trong quần thể không đồng nhất được Thiên nhiên ưa thích hơn các cá thể kém thích nghi được gọi là chọn lọc tự nhiên.

(ii) Cơ chế:

Quá trình chọn lọc tự nhiên hoạt động thông qua sinh sản khác biệt.

Điều đó có nghĩa là những cá thể thích nghi tốt nhất với môi trường sẽ tồn tại lâu hơn và sinh sản với tốc độ cao hơn và tạo ra nhiều kết quả hơn so với những cá thể kém thích nghi.

Vì vậy, các nhà tạo mẫu đóng góp tỷ lệ phần trăm gen lớn hơn tương ứng vào nhóm gen của thế hệ tiếp theo trong khi các cá thể ít thích nghi tạo ra ít kết quả hơn. Nếu sự sinh sản khác biệt tiếp tục trong một số thế hệ, thì gen của những cá thể tạo ra nhiều con lai sẽ trở nên chiếm ưu thế trong nhóm gen của quần thể (Hình 7.48):

Do giao tiếp tình dục, có các dòng gen tự do do đó sự biến đổi di truyền xuất hiện ở một số cá thể, dần dần lan truyền từ deme này sang deme khác, từ deme sang dân số và sau đó trên các quần thể chị em lân cận và cuối cùng trên hầu hết các thành viên của loài. Vì vậy, chọn lọc tự nhiên gây ra những thay đổi tiến bộ về tần số gen, tức là tần số của các gen thích nghi tăng lên trong khi tần số của các gen ít thích nghi giảm đi.

Vì vậy, sự lựa chọn tự nhiên của chủ nghĩa Neo-Darwin hoạt động như một lực lượng sáng tạo và hoạt động thông qua thành công sinh sản so sánh. Tích lũy các biến thể như vậy dẫn đến nguồn gốc của một loài mới.

(iii) Các loại chọn lọc tự nhiên:

Ba loại lựa chọn tự nhiên khác nhau được quan sát là:

1. Ổn định hoặc cân bằng lựa chọn:

Nó dẫn đến việc loại bỏ các sinh vật có các đặc tính quá mức và duy trì quần thể đồng nhất không đổi gen. Nó ủng hộ các kiểu hình trung bình hoặc bình thường, trong khi loại bỏ các cá thể với các biểu hiện cực đoan. Trong đó, nhiều cá nhân có được giá trị nhân vật trung bình.

Nó làm giảm sự thay đổi nhưng không thay đổi giá trị trung bình. Nó dẫn đến tốc độ tiến hóa rất chậm. Nếu chúng ta vẽ một đường cong đồ họa của dân số, nó có dạng hình chuông. Đường cong hình chuông thu hẹp do loại bỏ các biến thể cực đoan (Hình 7.49).

Thí dụ:

Bệnh thiếu máu hồng cầu hình liềm ở người (Giải thích theo thuyết Neo-Darwin).

2. Lựa chọn theo hướng hoặc tiến bộ:

Trong lựa chọn này, dân số thay đổi theo một hướng cụ thể cùng với sự thay đổi trong môi trường. Khi môi trường đang trải qua một sự thay đổi liên tục, các sinh vật có được các nhân vật mới tồn tại và những sinh vật khác bị loại bỏ dần (Hình 7, 50).

Trong trường hợp này, các cá nhân ở một thái cực (ít thích nghi) bị loại bỏ trong khi các cá nhân ở cực khác (thích nghi hơn) được ưa chuộng. Điều này tạo ra ngày càng nhiều cá thể thích nghi trong dân số khi một lựa chọn như vậy hoạt động trong nhiều thế hệ. Trong kiểu lựa chọn này, nhiều cá nhân có được giá trị khác với giá trị ký tự trung bình.

Ví dụ:

Melanism công nghiệp (Giải thích trong Neo- Darwinism):

Trong đó, số lượng bướm đêm có màu sáng {Biston betularia) giảm dần trong khi số lượng bướm đêm melanic (B. carbonaria) tăng cho thấy lựa chọn hướng.

Muỗi kháng DDT (Giải thích theo thuyết Neo- Darwin):

Trong đó, những con muỗi nhạy cảm đã bị loại bỏ và những con kháng thuốc tăng số lượng. Vì vậy, quần thể muỗi kháng tăng cho thấy lựa chọn hướng.

3. Lựa chọn đột phá:

Đây là một loại chọn lọc tự nhiên ủng hộ các biểu hiện cực đoan của các đặc điểm nhất định để tăng phương sai trong dân số. Nó phá vỡ một quần thể đồng nhất thành nhiều dạng thích nghi. Nó dẫn đến đa hình cân bằng.

Trong kiểu lựa chọn này, nhiều cá nhân có được giá trị ký tự ngoại vi ở cả hai đầu của đường cong phân phối. Loại lựa chọn này rất hiếm và loại bỏ hầu hết các thành viên có biểu hiện trung bình để tạo ra hai đỉnh trong phân bố một tính trạng (Hình 7.51).

Thí dụ:

Ở biển, ba loại ốc tức là màu trắng; màu nâu và màu đen có mặt. Những con ốc màu trắng là vô hình khi được bao phủ bởi chuồng. Những con ốc màu đen là vô hình khi đá trần. Nhưng ốc màu nâu được ăn thịt trong cả hai điều kiện. Vì vậy, những thứ này được loại bỏ dần dần.