Отбор в пользу гетерозигот и против гетерозигот примеры

Ребята, привет! Сегодня разберем формы естественного отбора и сделаем акцент на примерах, так как будем работать с графиками, давайте сначала поясню, что за “параболы” используются в биологии:

Вариационная кривая — графическое изображение количественных показателей изменчивости определенного признака, которое иллюстрирует размах изменчивости и частоту встречаемости отдельных вариантов. (иначе говоря, как часто то или иное проявление/значение признака встречается в группе организмов).

Ну и дадим определение самому естественному отбору (далее ЕО)

Естественный отбор – процесс избирательного выживания и размножения особей, более приспособленных к данным условиям среды, и гибель менее приспособленных.

Движущий ЕО
1) Действует в изменяющихся условиях среды
2) Сдвиг среднего значения признака или свойства, приводит к появлению новой средней нормы вместо старой, переставшей соответствовать новым условиям среды.
3) Отбор в пользу гетерозигот (Аа)

Примеры:
• изменение окраски у березовой пяденицы в промышленных районах (промышленный меланизм);
• редукция глаз у крота, пищеварительной системы у паразитических ленточных червей;
• увеличение длины корня у склерофитов;
• превращение передних конечностей в роющие у разных групп животных при освоении почвы как среды обитания;
• формирование у бактерий устойчивости к антибиотикам;
• снижение чувствительности паразитических грибов к ядохимикатам;
• изменение строения конечностей у предков лошади в связи с освоением открытых пространств.

Подсказки: если видите в варианте ответа такие слова как «изменение», «появление», «возникновение» и их синонимы, причем эти процессы затрагивают одинаково всю группу, значит это движущий отбор.

Стабилизирующий отбор
1) Действует в постоянных условиях среды
2) Предохраняет сложившийся генотип от разрушающего действия мутационного процесса
3) Направлен на поддержание ранее сложившегося среднего признака или свойства
4) Благодаря этому виду ЕО сохранились виды-реликты («живые ископаемые»): кистеперая рыба – латимерия, рептилия гаттерия.
5) Изучался И.И. Шмальгаузеном
6) Отбор в пользу гомозигот (АА, аа)

Примеры:
• гибель во время сильной бури птиц, имеющих слишком короткие и слишком длинные крылья;
• более частая гибель при рождении или в первые недели жизни новорожденных млекопитающих с очень низким и очень высоким весом;
• сохранение в популяциях зайцев особей с оптимальной длиной конечностей;
• сохранение у растений, опыляющихся насекомыми, определённого строения цветка, соответствующего размерам насекомых;
• существование реликтовых видов организмов, сохранившихся в неизменном виде на протяжении миллионов лет (кистеперая рыба латимерия, гинкго, гаттерия и др.).

Подсказка: когда видите в варианте ответа «сохранение», и это сохранение касается не отдельных особей, а большинства, то это стабилизирующий отбор.

Дизруптивный отбор
1) При изменении условий внешней среды, так что основная масса особей оказывается неприспособленной к ним.
2) Преимущество приобретают особи с крайними отклонениями от среднего значения признака.
3) Возникает 2 и более популяции в пределах одной исходной, между ними исчезают промежуточные формы
4) Вариационная кривая при этом разделяется на 2 новые.
5) Отбор в пользу мутировавших гомозигот
6) Способствует полиморфизму – существованию в популяции нескольких форм, отличающихся по определенному признаку.

Примеры:
• формирование на сенокосных лугах двух рас погремка — раннецветущей и позднецветущей;
• существование весенних и осенних форм и видов грибов из-за повторяющейся в середине лета засухи;
• возникновение разных подвидов и видов синиц в связи с пищевой специализацией;
• насекомые, обитающие на острове, прекрасно летают или совсем лишены крыльев. По-видимому, насекомые внезапными порывами ветра уносились в море; сохранились лишь те, которые могли либо противостоять ветру, либо совершенно не летали. Отбор в этом направлении привел к тому, что на острове Мадейра из 550 видов жуков 200 нелетающие.
• возникновения карликовых рас хищных рыб в малокормном водоеме. Часто щурятам-сеголеткам не хватает корма в виде мальков рыб. В этом случае преимущество получают самые быстрорастущие, которые очень быстро достигают размеров, позволяющих поедать своих собратьев. С другой стороны, в выгодном положении окажутся щурята с максимальной задержкой скорости роста, так как мелкие размеры позволяют им длительное время оставаться планктофагами.

Дестабилизирующий отбор
1) Обратный стабилизирующему
2) Преимущество получают мутации с более широкой нормой реакции
3) Ведет к расширению нормы реакции, к полиморфизму

Пример: популяции озёрных лягушек, живущие в прудах с разнородной освещенностью, с чередованием участков, заросших ряской, тростником, рогозом, с «окнами» открытой воды, характеризуются широким диапазоном изменчивости окраски (итог дестабилизирующей формы естественного отбора).

Пиши мне в личку слово “ЦВЕТОК”, если хочешь эффективно и полезно провести оставшееся время на подготовку, и я расскажу тебе подробнее о курсе, на котором за короткий срок пройдем абсолютно все темы ЕГЭ)

Такой отбор происходит, когда обе гомозиготы имеют пониженную приспособленность по сравнению с гетерозиготой (W11<W12>W22) и называется сверхдоминированием, или гетерозисом.

Таблица 6* – 

*– частоты аллелей после отбора: p1= (p– p2S1)/(1–S1 p2–S2q2); q1= (q – q2 S2)/(1–S1 p2–S2q2).

Δ q=pq(pS1– qS2)/(1–S1 p2–S2q2); при положительных значениях частота рецессивного признака увеличивается, при отрицательных – уменьшается, до тех пор. пока не достигнется состояние равновесия, т.е. pS1=qS2. Равновестные частоты равны q*= S1/(S1+ S2), p*=S2/(S1+ S2). Равновесия при отборе в пользу гетерозигот – устойчивое, оно определяется коэффициентом отбора.

Хорошо известным примером сверхдоминирования может служить серповидноклеточная анемия, широко распространенная в некоторых странах Африки и Азии. Нормальный гемоглобин обозначается HbAHbA, аномальный – HbSHbS. Возможно наличие трех вариантов генотипов: HbAHbA (1– S1), HbAHbS (1), HbSHbS (1–S2). S2 близок к единице, т.к. HbSHbS редко выживают. Приспособленность HbAHbA близка к единице в районах, где малярия не наблюдается. Из этого следует, что q*= S1/(S1+ S2) приблизительно равна S1/(1+S1).

Несмотря на то, что большинство людей с генотипом HbSHbS погибают до достижения половозрелости, частота аллеля HbS достигает в ряде районов земного шара довольно высоких значений, причем именно в тех районах, в которых распространена особая форма малярии, вызываемая паразитом Plasmodium falciparium. Гетерозигота HbAHbS более устойчива к малярии, чем нормальная гомозигота HbAHbA, поэтому в районах рапространения малярии указанной формы она обладает селективным преимуществом по сравнению с обоими гомозиготами, у которых смертность от анемии (HbSHbS) или от малярии (HbAHbA) выше, чем у гетерозигот.

Серповидноклеточная анемия представляет собой пример зависимости приспособленности генотипов от окружающей среды. В тех местах, где малярию искоренили или где ее никогда не было, гомозиготы HbAHbA обладают одинаковой приспособленностью с гетерозиготами. При этом направление отбора изменяется, он уже не благоприятсвует гетерозиготам, а направлен против рецессивных гомозигот и приводит к эллиминации рецессивного аллеля.

Таблица 15

ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЭВОЛЮЦИОННЫЕ ФАКТОРЫ

Мутационный процесс Популяционные волны Изоляции Естественный отбор

1.Резерв наследстенной 1.Периодические 1.Возникновение барьеров для Движущая и направляю-

изменчивости 2.Непериодические панмиксии щая сила эволюции

2.Поставщик материала для 3.Поставщик эволюцион-

эволюции ного материала 1.пространствен- 2.Биологическая 1.

Стабилизирующий

3.Не направлен 4.Случайные колебание ная (биотопичес- а)морфо-физио- Поддержание среднего частоты генотипов кая и географическая) логическая значение признака

б)этологическая 2.

Движущий

в)генетическая Способствует сдвигу сред

него значения признаков

3.

Дизруптивный

а) направлен против особей

со средними значениями

образуют генетический груз. Генетический груз состоит из мутационного груза (новые мутации) и сегрегационного груза (унаследованные от предыдущих поколений). Генетический груз – накопление в популяции неблагоприятных аллелей в гетерозиготном состоянии. Генетический груз оценивается понятием летальный эквивалент – это сумма рецессивных аллелей, приводящих организм в гомозиготном состоянии к гибели. Благодаря генетическому грузу около 50% зигот или организмов гибнут или не оставляют потомства.

Проблема генетического груза имеет важное значение в медицине. При проведении медико-генетической консультации следует учитывать генетический груз семей и популяций. Проблема генетического груза имеет важное значение также при определении мутагенности факторов окружающей среды, разработке эффективных мер охраны окружающей среды.

Изоляция. Основные причины изоляции в человеческих популяциях: географические, религиозные, расовые, социальные. Изоляция приводят к повышению частоты инбредных браков. В результате происходит гомозиготизация, увеличивается гибель зигот и плодов в антенатальном периоде, гибель новорожденных в перинатальном и неонатальном периодах, увеличивается частота мертворожденый, спонтанных абортов, врожденных аномалий и пороков, наледственных болезней.

Популяционные волны. Имели большое значение на начальных этапах развития человечества. Природные катаклизмы, землятрясения, особо опасные эпидемии (чума, холера, черная оспа) явились причиного резкого сокрашения численности человечства в определенных периодах и изменения их генофонда.

Генетический полиморфизм человечества, разная частота аллелей и генотипов в различных регионах также обусловлены особо опасными инфекционными болезнями. Например: одной из причин высокой частоты I0 аллеля группы крови в Центральной и Южной Америке, повидимому является расространенность сифилиса в этих регионах. Люди с I группой крови легче переносили сифилис, соответственно частота I0 группы постепенно возрастала. Установлено, что тяжесть черной оспы и холеры также зависит от групп крови, следовательно, эти инфекции явились причиной преобладания определенных групп крови в разных регионах земного шара.

Миграции являются одным из проявлений популяцонных волн. Они оказывают положительное влияние на генофонд, приводят к уменьшению инбредных браков, увеличению смешанных браков. В результате миграций увеличивается чстота гетерозигот, уменьшается частота детской смертности и наследственных болезней. В настоящее время наблюдается рост интенсивности миграционного процесса во всем мире.

Дрейф генов (генетико-автоматические процессы) случайные, не зависящие от естественного отбора изменения частоты аллели называются дрейфом генов или генетико-автоматическими процессами. Дрейф генов сильнее проявляется в малочисленных популяциях. Под влиянием случайных процессов частота отдельных аллелей может резко уменьшаться или нааборот увеличиваться. Значение дрейфа генов непредсказуемо. Из-за дрейфа генов малые популяции могут исчезнуть или адаптироваться к сушествующим условиям среды.

С дрейфом генов связано явление, называемое «эффектом родоначальника». Отделение от родительской популяци небольшой части, и ее независимое существование приводит к значительнымс изменениям генофонда отделенной части популяции. Выделенная группа содержит лишь случайную часть генофонда родительской популяции. В результате изолированного развития повышается частота данных аллелей происходит гомозиготизация. Это приводит к постепенному возрастанию разницы в частоте аллелей, генотипов родительской популяции и её отдельной части.

Естественный отбор. Из-за биосоциальной сущности человека естетственный отбор в человеческих популяциях потерял свое значение как творческого фактора. В человеческих популяциях действует стабилизирующая форма естественного отбора. Стабилизирующий отбор не приводит к эволюционным изменениям, наоборот сохраняет фенотипическую стабильность популяции из поколения к поколению.

В человеческих популяциях действуют следующие формы стабилизирующего отбора: 1-отбор в пользу гомозигот, против гетерозигот, 2-отбор против гомозигот, в пользу гетерозигот.

1.Типичным примером отбора против гетерозигот является несовместимость по резус фактору между матерью и плодом. Резус фактор – антиген на плазмолемме эритроцитов. Частота встречаемости резус фактора у европоидов – 85%, у монголоидов – 90-95%. Синтез резус положительного антигена определяется доминантным аллелем, резус отрицательные люди имеют гомозиготный по рецессивному гену генотип.

Если у резус отрицательной женщины развивается резус положительный плод, его резус положительные антигены через плаценту проникают в организм матери, где образуются антирезус-антитела (рис.37). Концентрация антирезус – антител постепенно возрастает и при последующей беременности эти антитела проникают в организм плода, вызывая гемолиз эритроцитов. У плода развивается анемия, при отсутствии медицинской помощи плод гибнет. Таким образом, в человеческих полпуляциях гетрозиготы по резус фактору постоянно элиминируются. Такой отбор направлен против гетерозигот, у в пользу гомозигот.

Несовместимость матери и плода имеет место и по группам крови системы АВО. При этом возникают иммунные реакции несовместимости между матерью с I0I0 (I) группой и плодами с IAI0 или IВI0 группами. Такой отбор действует уже в начале эмбриогенеза.

II.Отбор против гомозигот, в пользу гетерозигот.

Такая форма отбора наблюдается при серповидно-клеточной анемии, талассемии. Серповидно-клеточная анемия развивается при замене одного нуклеотида в гене гемоглобина. У гомозигот (HbS/HbS) развивается тяжелая форма болезни, гетерозиготы (HbА/HbS) при нормальных условиях – практически здоровы.

В регионах где распространена малярия, гетерозиготы (HbА/HbS) не болееют этой болезнью, (в их эритроцитах малярийные плазмодии не развиваются), в результате чего частота гетерозигот в популяции постоянно возрастает. Рецессивные гомозиготы (HbS/HbS) гибнут в период внутриутробного развития или в раннем детстве. Доминантные гомозиготы (HbА/HbА) гибнут от малярии.

Рис 37. Наследование резус-фактора у человека и болезнь крови у новорожденных.

А-отец-носитель гена Rh; б-мать резус-отрицательна (rh rh); в-первая беременность, антиген Rh входит в материнский кровоток вызывает образование резус-антител (косая штриховка), их недостаточно и ребенок рождается нормальным (1); Г-вторая беременность, мать дополнительно иммунизирована плодом Rh, резус-антитела входят от матери в кровоток плода и реагируют с его эритроцитами –

плод погибает (2).

Таким образом, малярия является фактором контр отбора. Аллели НbS подлежащие элиминированию, сохраняются и накапливаются в популяции в результате контр отбора. В регионах, где ликвидирована малярия, такая форма отбора теряет свое значение.

Цель занятия.

Формирование у студентов понятий: о синтетической теории эволюции: микроэволюции и макроэволюции, элементарной единице, и факторах эволюции, медико-биологическом значении действия элементарных факторов эволюции в человеческих популяциях.

Задания для самостоятельной подготовки студентов.

I.Изучить материал по теме, ответить на следующие вопросы:

1.Объясните сущность синтетической теории эволюции, макроэволюции и микроэволюции.

2.Охарактеризуйте популяции и виды.

3.Объясните значение понятий об элементарных единицах, явлениях, материалах и факторах эволюции.

4.Объясните медико-генетическое значение мутационного процесса в человеческих популяциях.

5.Генетический груз, сущность и медицинское значение

6.Изоляция, сущность, медико-генетическое значение.

7.Популяционные волны, миграции. Медико-генетическое значение.

8.Дрейф генов, «эффект родоначальника», медико-генетическое значение.

9.Особенности естественного отбора в человеческих популяциях.

10.Отбор против гетерозигот (объясните с примерами).

11.Отбор против гомозигот, контр отбор (объясните с примерами.)

II.Решить ситуационные задачи и ответить на тестовые вопросы:

Учебное оборудование.

Таблицы по теме, схемы логической структуры по теме, слайды, диапроектор, кодоскоп, учебные видеофильмы.

План занятия.

Студенты с помощью преподавателя осваивают понятия эволюционного учения, изучают действие элементарных факторов эволюции в человеческих популяциях и их медико-генетическое значение. Демонстрируется учебный видеофильм. Студенты записывают основные понятия в альбом. В заключении преподаватель проверяет альбомы, оценивает знания студентов и объясняет задание следующего занятия.

Ситуцационные задачи.

1.В одном из регионов тропической Африки частота серповидно-клеточной анемии составляет 20%. Определите частоту нормальных и мутантных аллелей в этом регионе.

2.В отдельном регионе частота гетерозигот по мутантному патологитческому гену значительно превышает ожидаемые по закону Харди-Вайнберга результаты. Объясните причину этого неосответствия.

3.Примерно 100 лет тому назад в Центральной Азии была широко распространения малярия. В 40-50- годах 20 столетия в этом регионе малярия полностью ликвидирована. В какой период, по вашему мнению, частота серповидно-клеточный анемии была выше? (ответ обоснуйте).

4.В двух соседних горных кишлаках Узбекистана резко отличается частота IA и IB групп крови. Объясните причину этого явления.

5.Частота IВ группы крови значительно отличается в популяциях Восточной и Западной Европы. С какими эволюционными факторами связано это явление?

Тестовые задания.

1.Объясните увеличение частоты отдельных аллелей при изоляци:

А.Ошибка в гаметогенезе. В.Аутбридинг. С.Высокая частота мутаций.

Д.Положительно ассортативные браки. Е.Инбредные браки.

2.Среди изолятов памирских таджиков чаще встречаются голубоглазые и светловолосые. Укажите причину этого явления:

А.Они являются потомками Александра Македонского.

В.В высокогорье эти признаки имеют адаптивное значение.

С.Это-результат дрейфа гена.

Д.При действии ультрафиолетовых лучей доминантные гены подвергаются мутации.

Е.Это-результат популяционных волн.

3.Что способствует изменению численности популяции?

А.Мутционные процессы. В.Волны жизни. С.Изоляция. Д.Естественный отбор. Е.Искусственный отбор.

4.Укажите пример ассоциации групп крови с инфекционными заболеваниями:

А.Индивиды с группой крови О чаще болеют сифилисом.

В.Индивиды с группой крови О не болеют холерой.

С.Индивиды с группой крови О чаще болеют чумой.

Д. Среди индивидов с группой крови А не встречается черная оспа.

Е.Такая ассоциация не существует.

5.«Эффект родоначальника» в популяциях людей:

А.Проявляется при развитии новой популяции из нескольких супружеских пар. В.Наблюдается при аутбридинге. С.Не наблюдается. Д.Является фактором отбора. Е.Увеличивает частоту гетерозигот.

6.Дрейф генов:

А.Случайные колебания частоты генов в популяциях без влияния отбора.

В.Увеличивает генетическую гетерогенность.

С.Увеличивает генетическую изменчивость.

Д.Уменьшает частоту гомозигот.

Е.Усиливает генетическую стабильность популяции.

7.Какая форма обора действует при несовместимости матери и плода по АВО системе крови?

А.Дизруптивная. В.Движущая. С.Отбор против гомозигот. Д.Отбор против гетерозигот. Е.Все ответы дополняют друг-друга.

8.Естественный отбор в человеческих популяциях:

А.Является творческим фактором. В.Действует в дизруптивной форме.

С.Действует в движущей форме. Д.Действует в стабилизирующей форме.

Е.Не действует.

9.Полиморфизм по системе крови:

А.Повышает риск злокачественной трансформации.

В.Предрасположенность к злокачественной опухоли не связана с группами крови. С.Группы крови могут быть маркерами предрасположенности к разным болезням. Д.Не наблюдается в человеческих популяциях.

Е.Является доказательством происхождения человека от животных.

10.Колонизторы вели биологическую борьбу с туземцами Америки, раздавая им одежды, зараженные чумными бактериями. Объясните причину этого.

А.В этих регионах высокая частота группы крови А.

В.Люди с 1 группой крови воспримчивы к чуме.

С. У чумной бактерии отсутствует антигенная мимикрия по II группе крови;

Д.Аборигены Америки не умели лечить чуму.

Е.Это явление не связано с генетикой группой крови.