Отбор против гетерозигот. Положительный отбор в пользу гетерозигот

Рецессивные аллели - например, те, которые определяют бесцветность семян у кукурузы (с), зачаточные крылья у дрозофилы (vg) и фенилкетонурию у людей, - в гетерозиготном состоянии вызывают формирование фенотипа, тождественного в отношении приспособленности с фенотипом гомозигот по доминантному аллелю. Однако гомозиготы по рецессивному аллелю могут обладать существенно пониженной приспособленностью. В этом случае отбор будет действовать против рецессивных гомозигот. Мы исследуем действие отбора с помощью следующей общей модели:

Процедура, посредством которой рассчитываются изменения частот аллелей из поколения в поколение, представлена в табл. 24.4. Более подробно она описана в дополнении 24.2. Исходные частоты зигот в соответствии с законом Харди-Вайнберга задаются случайной комбинацией гамет предыдущего поколения. Основной этап расчета представлен в третьей строке табл. 24.4: это умножение исходных частот зигот (первая строка) на их относительные приспособленности (вторая строка). Соответствующие произведения определяют вклад каждого генотипа в генофонд следующего поколения. Однако сумма приведенных в третьей строке значений не равна единице. Для того чтобы перейти к частотам, сумма которых равна единице, мы должны разделить каждое из этих значений на их сумму. Эта операция, называемая нормализацией, проделана в четвертой строке таблицы. Теперь по полученным частотам генотипов потомков мы можем рассчитать частоту аллелей после отбора в соответствии с процедурой, описанной в гл. 22. Изменение частоты аллеля в результате отбора получается вычитанием исходной частоты аллеля из его частоты после отбора. В первой, четвертой и пятой строках табл. 24.4 представлены исходная частота q аллеля а, его частота q 1 после одного поколения отбора и изменение частот в результате отбора ∆q = q 1 - q.

Под действием отбора против рецессивных гомозигот частота рецессивного аллеля понижается. Этого и следовало ожидать, поскольку у гомозигот по рецессивному аллелю эффективность размножения ниже, чем у генотипов с доминантным аллелем.

Каков будет окончательный исход отбора? По определению частоты аллелей больше не изменяются, когда

Мутации у диких видов в большинстве случаев нарушают приспособительное развитие особей, и потому большинство мутаций подвергается действию отбора. Дарвин обосновал действие

естественного отбора на базе широкой наследственной изменчивости организмов. Он показал, что родителями для каждого следующего поколения вида служат не все особи без исключения, а только часть их, состоящая из наиболее приспособленных индивидов. Естественный отбор является формирующим фактором в происхождении видов. Он опирается на мутации, формируя из их комплексов новые интегрированные генные системы, обеспечивающие приспособленность к внешней среде. Сам отбор определяется действием среды, что в конечном итоге создает неразрывную взаимозависимость наследственности, изменчивости, отбора и среды.

Человек, выйдя из недр царства животных, оказался способным подняться выше условий той среды, которая обусловливает естественную эволюцию видов в природе. Социальные закономерности определяют взаимоотношения людей и обеспечивают прогресс человеческого общества. Естественный отбор как категория, ведущая эволюцию, потеряла свое значение для человека. Человек благодаря социальным преобразованиям, могущественному развитию медицины, а в будущем и генетики человека сам начинает сознательно относиться к своей биологической природе. Однако следует ли из этого, что у человека вообще не действует отбор отрицательных мутаций в порядке осуществления чисто биологических сторон существования его популяций? Конечно, нет. Естественный отбор вредных мутаций широко представлен в популяциях человека. Мы уже привели раньше немало примеров отрицательных мутаций, вызывающих уродства, гибель в раннем возрасте, гибель по половозрелости и т. д. Человеческие популяции отягощены врожденными наследственными заболеваниями. В каждом поколении около 4% детей рождаются пораженными отрицательной наследственностью, полученной от их родителей, которая у них была скрыта из-за гетерозиготности рецессивных генов. Значительная часть этой отрицательной наследственности возникает заново в качестве мутаций в зародышевых клетках родителей. В некоторых случаях отбор вмешивается в распределение генов по разным популяциям людей, живущих в разных условиях среды. Все это показывает, что для понимания основ биологической природы человека генетика популяций и анализ деятельности отбора имеет огромное значение.

С точки зрения генетики деятельность естественного отбора в популяции приводит к изменениям в концентрациях аллелей. Так, например, мы имеем распределение генотипов в популяции по формуле Гарди - Вейнберга: р 2 АА+2 pqAa + q 2 aa . Отбор направлен против рецессивных гомозигот аа. Так, если особи АА и Аа оставляют потомство без всякой дискриминации, то их влияние на следующие поколения условно может быть представлено цифрой 100 для каждого класса. Однако рецессивы аа оставляют 99 потомков в сравнении со 100 потомками от особей с генотипами АА и Аа. В результате в каждом последующем поколении концентрация аллеля А будет увеличиваться, а концентрация аллеля а уменьшаться. Таким образом, отборная ценность генотипов АА и Аа равна 1,00, а генотипов аа - 0,99. Очевидно, что коэффициент отрицательной селекции (S ) против генотипа аа составляет величину, равную 0,01. Для генотипов АА и Аа коэффициент отрицательной селекции S = 0. В том случае, когда рецессивный генотип является летальным, вызывая смерть на разных стадиях до половозрелости, или вызывает полную стерильность, коэффициент селекции S =1. Адаптивная ценность ( f ) такого генотипа равна 0 (1- Ss = 0).

В том случае, когда адаптивная ценность особи равна нулю, вследствие чего она не имеет потомства, мы можем говорить об индивидуальной облигатной генетической смерти. Мёллер использует понятие о генетической смерти для описания судьбы аллеля в популяции, который под давлением отрицательного отбора выбрасывается из популяции. В этом случае можно говорить об аллельной генетической смерти.

Если бы судьба в популяциях для всех отрицательных аллелей была бы связана только с деятельностью естественного отбора и все аллели испытали аллельную генетическую смерть, популяции были бы свободными от вредных генов. Однако этого нет. Напротив, в популяциях скрывается, а частично и проявляется громадная наследственная изменчивость по вредным изменениям.

Что же противостоит аллельной генетической смерти? Ответ ясен, фактором, действие которого направлено против очищающего эффекта отрицательного отбора, является естественный мутационный процесс. В генном составе популяций устанавливается динамическое равновесие между давлением мутаций, которое увеличивает количество мутантного аллеля в популяциях, и давлением отрицательного отбора, которое уменьшает число таких аллелей.

Предположим, что мутантный доминантный аллель возникает за поколение с какой-то частотой и, а отрицательная селекция уменьшает его количество со скоростью S . В этом случае равновесие концентрации, устанавливающееся на базе соотношения мутаций и отбора, будет равно u / s . Если полностью проявляющийся доминантный аллель является летальным или полностью стерильным, не оставляя потомства (S =1), количество людей, обладающих таким заболеванием, будет равно количеству в каждом данном поколении вновь появляющихся мутаций ( q = u ). Примером такого рода доминантных заболеваний со свойствами облигатной индивидуальной генетической смерти могут служить описанные выше доминантные заболевания, такие, как ретинобластома, в значительной мере хондродистрофическая карликовость и др.

Несколько другую картину имеем для вредных рецессивных аллелей. В этом случае равновесие концентрации (1- q ) устанавливается на уровне (1- q ) = √ u / s . Для рецессивных аллелей, которые в гомозиготном состоянии вызывают индивидуальную облигатную генетическую смерть (S =1), их концентрация равна √ u . Вполне понятно, что уровень равновесия концентраций вредных рецессивов гораздо выше уровня концентрации доминантов. Значит, отягощение популяций вредными мутациями должно быть больше по рецессивным аллелям.

Вполне понятны различия в действии отбора, с одной стороны, против доминантных, а с другой - против рецессивных мутаций. При появлении доминантных генов, которые определяют облигатную индивидуальную генетическую смерть, отбор за одно поколение очищает от них популяции. В каждом следующем поколении такие заболевания могут появиться только за счет возникновения новых мутаций.

Для анализа отбора против рецессивов остановимся на примере альбинизма у человека. Эта особенность отнюдь не вызывает облигатной генетической смерти, она подвергается умеренному отрицательному отбору. В Англии в среднем на 20 000 детей рождается один альбинос. Частота гомозигот по рецессивному аллелю альбинизма равна 0,00005. По формуле Гарди - Вейнберга концентрация рецессивного аллеля равна квадратному корню из числа гомозигот. Отсюда (1-р) 2 = 0,00005, a 1 - q = √ 00005=0,007. Таким образом, у населения Англии ген альбинизма имеет концентрацию около 0,7% (q ), а его нормальный аллель около 99,3% (p =0,993). Количество гетерозигот у этого населения составляет 2 pq , что равно 2 (0,007 x 0,993), или 0,0138, или 1,38%. Гетерозиготы (Аа) по рецессивному аллелю альбинизма встречаются в популяции в 276 раз чаще, чем гомозиготы (аа), проявляющие альбинизм (0,0138:0,00005=276). Как уже указывалась выше, относительное количество гетерозигот тем выше, чем меньше концентрация рецессивного аллеля, поскольку отрицательный отбор постепенно уменьшает концентрацию аллеля. Следовательно, по мере этого уменьшения дальнейшая работа отбора все больше затрудняется. Уменьшение концентрации рецессивного аллеля ограничивает поле приложения деятельности отбора, так как все большая и большая относительная часть рецессивных аллелей ускользает от отбора, скрываясь в гетерозиготах.

Представим исходную популяцию при концентрации рецессивного аллеля равной 0,5. Распределение генотипов в популяции будет 0,25АА+ 0,50Аа+ 0,25аа. В такой популяции начинает осуществляться облигатная индивидуальная генетическая смерть (коэффициент селекции S = 1). В таблице 20 показан ход уменьшения концентрации аллеля а в ряде последующих поколений при условии, что во всех этих поколениях величина S =1.

Мы видим, что уже в следующем поколении при S =1 концентрация рецессивного аллеля упала с 0,50% до 0,33, а количество гомозигот по рецессивному аллелю (аа) упало с 0,25 до 0,01. Это вполне очевидный успех отрицательного отбора. Однако после всего лишь одного поколения отбора уже начинает сказываться эффект диспропорции между количеством гетерозигот (Аа) и рецессивных гомозигот (аа), которое возникает от уменьшения концентрации рецессивного аллеля. Если в первом поколении количество гетерозигот (Аа) превосходит количество гомозигот в два раза, то во втором поколении после некоторого падения концентрации рецессивного аллеля количество гетерозигот уже в четыре раза превосходит число гомозиготных особей. После восьмого поколения отбора, при S =1, концентрация рецессивных аллелей упала до 0,1%, к этому времени количество гетерозигот (Аа) стало превышать количество гомозигот (аа) уже в 18 раз. На сотом поколении отбора, когда концентрация аллеля а упала до 0,01, количество гетерозигот стало превышать количество гомозиготных особей в 196 раз. При этом мы видим, что для уменьшения концентрации рецессивного аллеля вдвое, при q =0,50, потребовалось всего лишь два поколения отбора (Р - 0,50, F 3 - 0,025). Однако то же уменьшение от q =0,020 ( F 50 ) до q =0,010 потребовало в этих условиях уже 50 поколений ( F 100 ).

Сравнительно быстрые успехи селекции против рецессивного аллеля, которые мы видели в таблице 20, обязаны облигатной индивидуальной генетической смерти всех носителей гомозиготного по рецессивному аллелю генотипа (аа), т. е. когда S =1. Однако особи, гомозиготные по рецессивному аллелю, не

обязательно целиком исключаются в качестве части родителей для следующего поколения. Величина коэффициента селекции в зависимости от степени вредности рецессивного аллеля может быть самой разнообразной.

В прямой зависимости от уменьшения величины коэффициента селекции ( s ) увеличивается количество поколений, нужное для одного и того же падения концентрации рецессивного аллеля. В таблице 21 эта обратная зависимость представлена в числах.

Мы видим, что четыре популяции при наличии в них исходного количества рецессивных гомозигот, равного 1%, очень сильно различаются по темпу изменения концентрации рецессивного аллеля при разных коэффициентах селекции.

Так, при S =1, для того чтобы количество рецессивных гомозигот уменьшалось от 1 до 0,25%, т. е. в 4 раза, необходим отбор в течение 10 поколений. Однако при S =0,50 такое же изменение концентрации рецессивного аллеля требует уже 20 поколений отбора. При S =0,10 за те же 20 поколений отбора количество рецессивных гомозигот падает только до 0,71, а при S =0,01 всего лишь до 0,97%.

Приведенные расчеты показывают, что естественный отбор, конечно, является активным фактором в биологии человека; именно его действие удерживает мутационные аллели, вызывающие отдельные наследственные болезни в популяциях человека на очень низком уровне. Только множество аллелей приводит к тому, что медицина встречается более чем с 1000 наследственных недугов. Вместе с тем приведенные расчеты показывают малую перспективность любой формы естественного отбора для человека. Мы видели, что на уровне малых концентраций мутационных аллелей, именно тех, которые свойственны аллелям наследственных заболеваний у человека, нужны гигантские количества поколений, чтобы хоть в сколько-нибудь заметной форме уменьшить их концентрацию. Эти количества поколений несоизмеримо больше всего количества поколений, которое прошло за историю человечества. Это показывает всю генетическую бессмысленность старых, евгенических предложений о стерилизации и других мерах борьбы за очищение популяций людей от обусловленных дефектов. Эти методы не могут изменить генетических основ биологии человека. Масса таких же аллелей скрывается в гетерозиготах; их количество неукоснительно поддерживается постоянно возникающими новыми мутациями. Усиление естественного отбора для человека в борьбе с наследственными заболеваниями бесперспективно. Если это так, каковы же пути активной помощи медицины в генетической профилактике против наследственных дефектов человека и есть ли пути к созданию таких методов? Ответ на этот вопрос потребует от нас еще некоторых сведений из области генетики популяций человека.

Отбор может действовать не только на доминантный (АА, Аа) и на рецессивный (аа) фенотипы в популяциях людей. Гетерозиготные люди (Аа) также могут выступать в качестве самостоятельного объекта действия отбора. При этом отбор может быть направлен или против гетерозигот, или в пользу гетерозигот. В обоих случаях возникают интересные и сложные процессы в генетике популяций.

Примером отбора гетерозигот является гибель эмбрионов вследствие эритробластоза. В этом случае плод является гетерозиготным по аллелям R и r , так как он появляется от брака резус-положительного отца ( R ) и резус-отрицательный матери ( rr ). Гибель каждого плода уносит с собой один аллель R и один аллель r . В популяциях аллели, в силу действия отбора или по случайным причинам, практически никогда не имеют равных концентраций в виде р A =0,5 и qa =0,5. Поэтому гибель гетерозигот сдвигает отношение концентраций аллеля еще в более выгодную сторону для того аллеля, который находится в популяции в большой концентрации. Каждая потеря по одной и той же доле аллелей из двух представленных в популяции разными концентрациями ведет к относительному росту концентрации исходного, более распространенного аллеля. Процесс заканчивается полным освобождением популяции от исходно менее распространенного аллеля.

Однако реально в популяциях человека этого освобождения от аллеля r не произошло. Что же противостоит этому процессу? Здесь возможно действие целого ряда причин. Во-первых, поддержка аллеля r в популяциях за счет мутаций ( R → r ) ; во-вторых, отбор в пользу аллеля r благодаря лучшей жизнеспособности гомозигот (rr ); в-третьих, комплексное сохранение аллеля r в семьях, где часть детей гибнет от эритробластоза. Это имеет место в семьях, где отец гетерозиготен ( Rr ), а мать имеет генотип rr . Здесь все дети, гибнущие от эритробластоза, будут гетерозиготными. ( Rr ), а жизнеспособные дети будут гомозиготными по аллелю r ( rr ). В результате автоматически будет поддерживаться аллель r в популяциях. В-четвертых, наличие гена r в популяциях может быть обусловлено смешением популяций. Винер и Холден считают, что в свое время в доисторических популяциях человека произошла дифференцировка популяций по генам R и r , в результате чего возникли полиморфные расы: одни только с аллелем R , другие только с аллелем r . Затем в более позднее время началось движение популяций человека: они смешались, и возник полиморфизм по аллелям R и r . Некоторые расчеты дают основание думать, что при исходном смешении имелось несколько большее число людей с аллелем R и меньше людей, имевших аллель r . Такое смешение произошло около 10 000 лет тому назад. В течение этих 10 000 лет, т. е. за время, в течение которого прошло 400 поколений, отбор был направлен против гетерозигот, что и привело к уменьшению исходной концентрации аллеля r . Эта концентрация упала до современных 14% у европейских народов.

Вполне понятно, что если, как то мы видели выше, отбор против гетерозигот ведет к относительному падению концентрации исходного менее распространенного аллеля, то в случае отбора в пользу гетерозигот мы имеем другую картину. Простейшим случаем является модель балансированных леталей, когда обе гомозиготы - АА и аа - летальны, а выживают только гетерозиготы Аа. В этом случае перед нами будет стабильная популяция, в которой оба аллеля будут сохранять одинаковую концентрацию ( qa =0,5 , рА=0,5). Тот же результат был бы получен, если бы отбор действовал против нелетальных гомозигот обоих типов (АА и аа), но с одинаковой эффективностью.

Во всех случаях отбора в пользу гетерозигот популяция стремится к установлению некоторых устойчивых соотношений в концентрациях доминантного и рецессивного аллелей. Уровень этого соотношения определяется соотносительными коэффициентами селекции против каждого из гомозигот. Эти устойчивые соотношения аллелей устанавливаются в популяции при любом исходном строении популяций (табл. 22).

Мы видим, что популяция 1, имевшая исходные концентрации аллелей в виде pA =0,5 и qa = 0,5 при S =0,5 на оба типа гомозигот (АА и аа), не меняет своей генотипической структуры в следующем поколении.

Однако в популяции 2, при наличии других концентраций аллелей, отбор в пользу гетерозигот сдвигает исходные концентрации. Уже в первом поколении после отбора обе концентрации разных аллелей начинают сдвигаться в направлении величины, равной 0,5 (0,4-0,433; 0,6-0,567).

Однако точка равновесия популяций в виде 0,5 при отборе направленных против обоих типов гомозигот (АА и аа) характеризует только те случаи, когда коэффициент селекции равен в обоих случаях. Если же коэффициент селекции будет равным для двух гомозигот, то точка равновесия популяции сдвигается в сторону того аллеля, коэффициент селекции которого меньше. Например, примем, что в малярийной местности приспособление гетерозигот - Hb 1 S Hb 1 A равно единице, приспособление гомозигот по нормальному аллелю 0,8 и, наконец, приспособление гомозигот Hb 1 S Hb 1 S равно 0,1. В такой популяции устойчивому равновесию будет соответствовать следующая концентрация аллелей. Для аллеля Hb 1 S концентрация будет равна 0,18, а для аллеля Н b А =0,82.

Таким образом, имеется много доказательств, что особенности распределения мутационных аллелей в популяции человека определяются действием отбора. Это в первую очередь касается генов, приводящих к индивидуальной облигатной генетической смерти, а также генов полулетального характера. Во всех этих случаях в популяциях человека устанавливается равновесие на основе соотношения давления мутаций и давления отбора.

Однако наследственная изменчивость в популяциях человека далеко не одинакова по наличию аллелей, определяющих появление тяжелых d рожденных заболеваний у человека. Тысячи разнообразных особенностей человеческого организма подвергаются наследственной изменчивости. В популяциях человека мы встречаемся с картиной разнообразнейшего генетического полиморфизма. Концентрация аллелей тех генов, которые вызывают признаки, практически, казалось бы, совершенно не подвергающиеся отбору, представлены в популяциях самыми различными величинами.

Встает вопрос: какие факторы вызывают и регулируют генетический полиморфизм человека? В какой мере эти факторы специфичны и не является ли отбор регулятором концентрации аллелей в популяциях?

— Источник—

Дубинин, Н.П. Горизонты генетики/ Н.П. Дубинин. – М.: Просвещение, 1970.- 560 с.

Post Views: 328

Отбор в пользу гетерозигот, когда обе гомозиготы имеют пониженную по сравнению с гетерозиготой приспособленность, часто называют гетерозисом, или сверхдоминированием. Этот тип отбора существенно отличается от рассмотренного выше направленного отбора: сверхдоминирования приводит к созданию устойчивого полиморфного равновесия.

Рассмотрим изменения генотипических частот за одно поколение отбора при сверхдоминировании. Все рассуждения представлены в таблице 3.

В первых двух строчках приведены приспособленности и частоты генотипов в некотором поколении. Вклад в следующее поколение равен произведению частоты на приспособленность (третья строка). Сумма вкладов всех генотипов называется средней приспособленностью и равна

W = p 2 (l - s) + 2pq + q 2 (l - t).

Последняя строка таблицы соответствует частотам генотипов в следующем поколении. Вычислим изменение частоты аллеля за поколение, опустив часть простых алгебраических выкладок.

Популяция приходит в равновесие, когда частоты аллелей перестают изменяться.

Δq = q − (P aa +

При этом для аллеля А имеем

t + s

В отличие от равновесия в нейтральной популяции (в отсутствии отбора), равновесие при сверхдоминировании является устойчивым. Это означает что при отклонении генных частот от равновесного значения популяция возвращается к тому же равновесному уровню. Напомним, что нейтральная популяция при отклонении от положения равновесия за одно поколение переходит в новое равновесное состояние (с другими частотами генотипов).

Детально изученным примером сверхдоминирования в популяциях человека служит серповидноклеточная анемия - болезнь, широко распространенная в некоторых странах Африки и Азии. Анемия обусловлена аномальным строением гемоглобина (форма S) и развивается у людей гомозиготных по аллелю Hb S . Нормальный гемоглобин вырабатывается в присутствии аллеля Нb A в гомо- или гетерозиготном состоянии. Большинство людей с генотипом Hb A Hb S погибает до достижения половозрелости, так что приспособленность этого генотипа близка к нулю. Несмотря на это, частота аллеля достигает довольно высоких значений в ряде регионов, особенно в районах распространения малярийного плазмодия. Причина этого состоит в том, что гетерозиготы Hb A Hb A более устойчивы к малярии, чем гомозиготы Нb A Нb A , то есть обладают селективным преимуществом по сравнению с обеими гомозиготами, у которых смертность от анемии или от малярии выше, чем у гетерозигот.

Видообразование может быть рассмотрено в территориальном и филогенетическом аспектах. Новый вид может возникнуть из одной или группы смежных популяций, расположенных на периферии ареала исходного вида. Такое видообразование называется аллопатрическим (от греч. allos -- иной и patris -- родина). В других случаях новый вид может возникнуть внутри ареала исходного вида, как бы внутри вида; этот путь видообразования называется симпатрическим (от греч. syn -- вместе и patris -- родина). Новый вид может возникнуть посредством постепенного изменения одного и того же вида во времени, без какой-либо дивергенции исходных групп. Такое видообразование называется филетическим. Новый вид может возникнуть путем разделения единого предкового вида (дивергентное видообразование). Наконец, новый вид может возникнуть в результате гибридизации двух уже существующих видов -- гибридогенное видообразование.

70. Популяционная структура человечества. Демографическая характеристика и ее значение вмедико - генетической оценке популяций. Роль системы браков в распределении аллелей в популяции. Использование законов Харди Вайнберга в характеристике генетической структуры популяций человека. Особенности действия элементарных эволюционных факторов в человеческих популяциях.

Популяция человека – группа людей, занимающих одну территорию и свободно вступающих в брак.

Популяционна структура человечества- структура, состоящая из локальных популяций, или демов, находящихся в определенных отношениях друг с другом.

Демографические характеристики популяций можно разделить на две группы: статические и динамические. Статические характеристики популяций могут быть определены для конкретного момента времени; примером таких характеристик может быть численность популяции. Как бы быстро ни изменялась эта величина, в любой момент мы потенциально можем установить, сколько особей входит в состав той или иной популяции. К этой же категории, кроме численности популяций, относится ее половозрастной состав (соотношение в ней особей разного возраста и пола), плотность (отношение численности популяции к занимаемой ею площади или объему), характерное распределение особей в пространстве и некоторые другие параметры.

плотность - количество особей, приходящихся на единицу пространства

Еще одной статической характеристикой является пространственное распределение особей и их групп. Выделяют три основных типа пространственных распределений: случайное, регулярное и групповое. При случайном распределении нахождение каждой особи никак не зависит от расположения других особей. В природе оно встречается довольно редко.

Рождаемость, смертность, миграции - динамические характеристики .

При рассмотрении изменения численности необходимо также учитывать продолжительность жизни.

Популяции из 1500-4000 человек называют демами , популяции численностью до 1500 человек - изолятами. Для демов и изолятов типичен относительно низкий естественный прирост населения - соответственно порядка 20% и не более 25% за поколение. Частота внутригрупповых браков в них составляет 80-90% и свыше 90%, а приток лиц из других групп сохраняется на уровне 1-2% и менее 1%. В силу высокой частоты внутригрупповых браков члены изолятов, просуществовавших четыре поколения (примерно 100 лет) и более, являются не менее чем троюродными братьями и сестрами (сибсами).

В больших по размерам популяциях распределение аллелей отдельных генов в генотипах индивидуумов последовательных поколений подчиняется закону Харди - Вайнберга. Это используют в медико-генетической практике для расчета доли гетерозигот - носителей определенного рецессивного аллеля. Так, в Швеции в 1965-1974 гг. страдающие фенилкетонурией встречались с частотой примерно 1: 40000. Исходя из закона Харди - Вайнберга, по локусу, представленному двумя аллелями, три возможных генотипа (A l A 1 , A 1 A 2 и А 2 А 2) распределяются с частотой р 2 , 2pq, q 2 . Следовательно, q 2 = 1/40000, a q = 1/200. Частота доминантного аллеля нормального обмена фенилаланина р=1-q=l- 1/200 = 199/200. Тогда частота гетерозигот 2pq = 2 х (1/200) (199/200) = 2 (199/40000). При найденных частотах доминантного и рецессивного аллелей популяция численностью 40 000 человек содержит одного больного фенилкетонурией (А 2 А 2) и 400 носителей неблагоприятного аллеля в гетерозиготном состоянии (A 1 A 2). Остальные члены популяции гомозиготны по благоприятному доминантному аллелю (A l A 1).

Отбор против гомозигот

Гомозиготы по многим рецессивным аутосомным заболеваниям обычно элиминируются, не достигнув репродуктивного возраста. Так, гомозиготы по аллелю серповидноклеточности эритроцитов (HbS/HbS) умирают от серповидноклеточной анемии в детском возрасте.

Отбор против гомозигот обусловлен также повышенной жизненной силой гетерозигот (явление гетерозиса)

Отбор против гетерозигот

Отбор направленный против гетерозигот отбор приводит к уменьшению частоты более редкого (рецессивного,) аллеля

Такая форма отбора наблюдается при очень высокой конкуренции, так как гетерозиготы (средние варианты) проигрывают в этой ситуации борьбу за существование с обеими гомозиготами - разные гомозиготы (АА и аа) отличаются друг от друга в большей степени, чем от гетерозиготы

71. Мутационный процесс и генетическая комбинаторика в формировании генетической гетерогенности популяций и уникальности индивидов. Опасность индуцированного мутагенеза. Мутационный груз, его биологическая сущность и биологическое значение.

Мутационный процесс

Мутационный процесс у человека сходен с таковым у других организмов по всем основным показателям - средней частоте мутирования на локус или геном за поколение, генетико-физиологическим характеристикам мутаций, наличию антимутационных барьеров. Это совпадение неслучайно. Основные характеристики спонтанного мутагенеза формировались на начальных этапах эволюции жизни под действием таких постоянных факторов, как ультрафиолетовое и иные виды излучения, температура, определенная химическая среда.

Хотя оценка частоты возникновения мутаций у людей встречает серьезные трудности, некоторые подходы к получению таких данных имеются. Согласно одному из них, максимальная определяемая вероятность новой мутации составляла 2,24 · 10 -5 на один локус в поколении.

В настоящее время давление мутационного процесса на генофонд человечества, по-видимому, усиливается благодаря росту индуцированных мутаций. Их причиной нередко служат факторы, возникающие в связи с производственной деятельностью человека в условиях научно-технической революции, например ионизирующее излучение. Подсчет прироста количества мутаций сверх фоновых значений встречается с теми же трудностями, о которых шла речь выше. Согласно ориентировочным данным, доза в 1 Гр (грей), получаемая при низком уровне радиации мужчинами, индуцирует от 1000 до 2000 мутаций с серьезными фенотипическими последствиями на каждый миллион живых новорожденных. У женщин эта цифра ниже - 900.

Мутагенные факторы индуцируют мутации как в половых, так и в соматических клетках. В последнем случае результат может состоять в повышении частоты определенных заболеваний, прежде всего злокачественных опухолей. В отношении ионизирующих излучений, в частности, это лейкозы. Далее идут рак молочной железы и щитовидной железы

Генетическая комбинаторика

В рез-те постоянных скрещиваний в популяции возникает множество новых сочетаний аллелей. Эта генетическая комбинаторика многократно изменяет значение мутаций: они входят в новые геномы, оказываются в разной генотипической среде. Потенциально число таких комбинаций генетического материала в любой популяции невообразимо велико, но реализуется лишь ничтожная часть из этого теоретически возможного числа вариантов. Реально осуществленная часть комбинаций определяет то обстоятельство, что практически любая особь оказывается генетически уникальной. Это важно для действия естественного отбора.

Комбинативная изменчивость связана с механизмом распределения хромосом в мейозе, случайной встречей гамет при оплодотворении и процессом кроссинговера – мощный фактор, повышающий гетерогенность популяций.

Но безграничная изменчивость была ба вредна для организма, т. к. не позволяла бы закрепиться полезным комбинациям генов. В эв-ции выработались механизмы не только увеличивающие, но и снижающие генотипическую изменчивость.

На уровне особи ген. стабильность поддерживается механизмом мейоза и распределением генов в геноме по группам сцепления в определенных условиях, а на уровне ДНК – механизмами репарации.

На уровне популяции – связано с нарушением панмиксии и гибелью части особей в процессе борьбы за сущ-ие.

По любому признаку или св-ву в популяции наблюдается достаточная степень изменчивости, обеспечивающая потенциальную возможность изменчивости данного признака или свойства в череде поколений под давлением эволюционных факторов.

Опасность индуцированного мутагенеза

Чтобы оценить давление мутаций на популяции человека, необходимо выяснить ряд особенностей о влиянии на ДНК химических и физических мутагенов как в отношении зародышевых клеток, так и для соматических клеток человека. Ряд закономерностей выяснен на экспериментальных

животных, растениях и микроорганизмах, на культурах клеток человека и других млекопитающих. Эти закономерности в основе имеют общий характер для всех организмов. Однако результаты этих экспериментов в качественном и количественном отношении невозможно прямо экстраполировать на человека.

Для общей радиочувствительности целых организмов большую роль играют их эволюционные особенности. Для человека смертельная доза облучения равна 6 Гр, для мыши - 9 Гр, для амебы - 100 Гр, для ряда бактерий - до нескольких сот тысяч. Разные виды ионизирующих излучений обладают разной генетической эффективностью. Если принять генетическую эффективность гамма-излучений за единицу, то рентгеновское излучение в той же дозе в среднем эффективнее в 2 раза, медленные нейтроны - в 5 раз, альфа-частицы и быстрые нейтроны - в 10 раз.

Особой эффективностью обладают радионуклиды при проникновении их в клетку. Радиация вызывает весь спектр генных и хромосомных мутаций. Среди мутаций, возникающих в соматических клетках, имеются те, которые вызывают канцерогенез. Мутации, возникая в зародышевых клетках, при размножении особей могут передаваться следующим поколениям. При возникновении в соматической клетке все ее потомки будут обладать мутацией.

Фундаментальным принципом радиационной генетики, установленным при действии ионизирующих излучений, служит линейная зависимость от дозы облучения при индукции генных мутаций. Показано, что число сцепленных с полом рецессивных летальных мутаций, возникающих у дрозофилы, изменяется в линейной зависимости при разных дозах облучения рентгеновским излучением.

Существенно, что линейная зависимость числа мутаций от дозы сохраняется при малых дозах облучения. Более сложная зависимость от дозы облучения установлена для хромосомных аберраций. При высоких дозах происходит спад числа мутаций. Одновременно изучена зависимость появления всех основных типов мутаций при разных дозах рентгеновского излучения. Наиболее часто возникают перестройки хромосом. Затем, с убывающей частотой - летальные рецессивные связанные с полом мутации. С меньшей частотой - они же без наличия хромосомных перестроек. Наиболее мала вероятность случайного совпадения двух летальных мутаций в хромосоме.

Огромное значение имеет мутагенез, индуцированный химическими веществами. Количество токсических веществ, антропогенно введенных в окружающую среду, по современным данным, превышает 182 000. В отношении структурной изменчивости хромосом химический мутагенез, хотя и имеет общие черты, но при этом отличается своеобразием сравнительно с радиационным мутагенезом. Химические мутагены, а также радиационное воздействие наряду с генными мутациями индуцируют анеуплоиды и полиплоиды. Ряд веществ, специфически активных в отношении веретена деления и мембран клетки, приводят к анеуплоидии (бензоданзипины, гормональные и другие канцерогены, органические соединения ртути и другие). ФЕНИЛАЛАНИН, ароматическая аминокислота. В организмах присутствует в свободном виде и в составе белков; превращается в аминокислоту тирозин. Незаменимая аминокислота. Врожденное нарушение обмена фенилаланина в организме человека (фенилкетонурия) приводит к умственной отсталости.

ТИРОЗИН (рис.2 см. приложение) - ароматическая аминокислота. Входит в состав многих белков и пептидов (казеин, инсулин и др.); в организме животных и человека - исходное вещество для синтеза гормонов дрозофилы, изменяется в линейной зависимости при разных дозах облучения рентгеновским излучением.

Затем, с убывающей частотой - летальные рецессивные связанные с полом мутации. С меньшей частотой - они же без наличия хромосомных перестроек. Наиболее мала вероятность случайного совпадения двух летальных мутаций в хромосоме.

гормональные и другие канцерогены, органические соединения ртути и

другие). ФЕНИЛАЛАНИН, ароматическая аминокислота. В организмах

присутствует в свободном виде и в составе белков; превращается в

аминокислоту тирозин. Незаменимая аминокислота. Врожденное нарушение

обмена фенилаланина в организме человека (фенилкетонурия) приводит к

умственной отсталости. ТИРОЗИН (рис.2 см. приложение) - ароматическая аминокислота. Входит в состав многих белков и пептидов (казеин, инсулин и др.); в

организме животных и человека - исходное вещество для синтеза гормонов щитовидной железы, адреналина и др., в некоторых растениях - для синтеза алкалоидов (морфин, кодеин). Наследственные нарушения обмена тирозина в организме человека приводят к тяжелому заболеванию (род слабоумия).

Заметные сдвиги в количестве мутаций может дать взаимодействие мутагенов. Так, при действии аминопурина, как и при действии NaNO2, дозой в 25 и 50 мг/кг отдельная обработка каждым мутагеном неэффективна, при этих дозах проявляется наличие порога для обоих мутагенов. При 100 мг/кг оба мутагена слабо эффективны. Однако другая картина обнаруживается при взаимодействии мутагенов. Две первые допороговые дозы, данные одновременно, обеспечивают появление мутаций. При обеих дозах в 100 мг/кг число мутаций резко возрастает.
Температурные условия оказывают влияние на мутагенез, вызванный действием химических мутагенов.
При обработке клеток радиацией и химическими мутагенами с веществами, имеющими защитное значение, число мутаций резко Уменьшается. В отношении действия радиации такие вещества получили название радиопротекторов. К радиопротекторам относятся в первую очередь серосодержащие вещества, а именно сульфгидрильные соединения, аминотиолы. Кроме того, радиопротекторами являются амины, соли синильной кислоты, гормоны, некоторые метаболиты.
Факторы, введенные в организм и изменяющие в нем метаболизм веществ в том смысле, что они приводят к понижению числа мутаций называют десмутагенами. Такими свойствами обладают водные экстракты ряда растений - лопух, зеленый перец, капуста и другие.
В последние годы человечеству грозит появление нового могущественного мутагенного фактора. Речь идет о коротковолновом ультрафиолетовом излучении. Все прошлое существование жизни на Земле происходило под защитным покровом озонового слоя, расположенного в верхних слоях атмосферы. В последнее десятилетие зафиксирован самый высокий уровень химических веществ в атмосфере, которые разрушают озоновый слой.

Мутационный груз, снижение средней приспособленности популяций вследствие непрерывного возникновения вредных наследственных изменений (см. Мутации). М. г. - часть общего генетического груза. Помимо М. г., на приспособленность популяций влияет иммиграция из соседних популяций особей с генотипами, менее приспособленными к новым условиям, чем коренные обитатели (иммиграционный груз), неодинаковая приспособленность гомо- и гетерозигот и др. факторы.

72. Волны численности в изменении генофонда популяций человечества. Миграция населения, смешанные браки, гибридные популяции как поток генов между популяциями. Геноклины и клинальная изменчивость в человеческих популяциях. Территориальная и социальная форма изоляции в популяциях человека. Дрейф генов. Дем. Изолят. Кровнородственные и ассортативные браки. Особенности генофондов изолятов. Распределение и частота наследственных заболеваний в разных популяциях людей.

Впервые на это явление обратил внимание С. С. Четвериков, им же был введен данный термин (1905). У быстро размножающихся видов наблюдается периодическое чередование быстрых подъемов численности и резких спадов. Например, численность мышевидных грызунов за четыре года возрастает от ничтожной до максимальной, затем падает почти до нуля и снова начинает увеличиваться. Важную роль в данном случае играют хищники, численность которых колеблется пропорционально численности грызунов. Важной причиной популяционных волн является также постепенное истощение пищевых ресурсов в связи с ростом популяции и последующее их восстановление после снижения численности популяции. Причинами резких непериодических снижений численности популяции могут также быть стихийные бедствия: засухи, пожары, наводнения. Каким бы ни был механизм популяционных волн, ясно, что на численность популяции могут влиять одновременно многие факторы. Популяционные волны играют большую роль в ходе микроэволюции. С возрастанием численности популяции увеличивается вероятность появления новых мутаций и их комбинаций.

Геноклин `Медицинский словарь`(ген + греч. klino наклонять, склонять в ту или иную сторону) - постепенное уменьшение (или увеличение) частоты каких-либо генотипов внутри ареала популяции в определенном пространственном направлении.

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 аллелей относительно 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. Смешанные браки - браки заключённые между представителями разных национальностей, рас, или вероисповеданий.Во многих культурах и государствах они регулируются традициями, религиозными установлениями или законодательством.

Изолят (фр. Isoler - отделять) - человек без социальных контактов

наследственные заболевания

Спонтанные генетические заболевания. Генетические заболевания наследуются путем передачи мутантных генов по одной из основных форм наследования. Но иногда у человека наблюдаются генетические заболевания, которые не проявлялись в предшествующей истории семьи. Это может происходить по различным причинам. Во-первых, какой-либо мутантный рецессивный ген может, не проявляясь, передаваться в течение многих поколений до того момента, как он, наконец, соединится с другим мутантным рецессивным геном в гомологичной хромосоме, что и вызовет возникновение заболевания. Дети, зачатые двумя кровными родственниками (внутрисемейный, или кровосмесительный брак), имеют большую вероятность унаследовать рецессивное генетическое заболевание, чем дети родителей неродственников, потому что у них высока вероятность наличия общих генов. Чем ближе кровное родство, тем больше генов являются общими. Многие рецессив ные генетические нарушения также заметны в рамках определенных этнических или расовых групп, особенно тех. которые имеют общее географическое происхождение. Спонтанные генетические заболевания могут также возникать вследствие новых генных мутаций и однажды возникший мутантный ген может передаваться следующим поколениям по одной из основных форм наследования. Третьей причиной, по которой генетическое заболевание, на первый взгляд, возникает спонтанно, является то, что в прошлом генетические заболевания не диагностировались. Во многих свидетельствах о смерти прошлых лет встречается формулировка “естественные причины смерти”. Таким образом, семья может иметь генетическое заболевание в своей истории, но не знать об этом. Хромосомные нарушения. Хромосомные нарушения, или синдромы, наблюдаются в случае ненормального числа хромосом или при каких-либо изменениях в структуре одной или нескольких хромосом. Во многих случаях причина хромосомных нарушений неясна. Вероятность изменения общего числа хромосом увеличивается с увеличением возраста беременной женщины (особенно начиная с 35 лет). Иногда избыточная хромосома наблюдается в одной из репродуктивных клеток (яйцеклетке или сперматозоиде). Полагают, что это происходит из-за нарушения деления клеток при мейозе, приводящего к тому, что одни половые клетки получают дубликат хромосомы, а у других этой хромосомы недостает. При некоторых хромосомных дефектах только часть одной хромосомы избыточна или отсутствует. При других - части двух хромосом обламываются и меняются местами, это называется транслокацией. Некоторые люди имеют мозаичный набор хромосом: часть их клеток содержит нормальное число хромосом, а другие - меньше или больше нормы. Проводятся тщательные исследования хромосомных отклонений. Многие хромосомные нарушения не наследуются и встречаются очень редко. Однако для некоторых нарушений обнаружен специфический тип наследования. Хромосомные нарушения могут происходить в одной из хромосом. Большинство из них вызывают смерть. Хромосомные нарушения встречаются у 0,7% всех новорожденных, в 2% беременностей женщин в возрасте старше 35 лет и в 50% выкидышей первого триместра. Соматические (неполовые) хромосомные нарушения. Синдром кошачьего крика. Болезнь Лежена, или синдром 5-й хромосомы встречается в одном случае на 50 тыс. живорожденных детей, причем у девочек он бывает вдвое чаще, чем у мальчиков. Вероятность его повторения в следующих беременностях весьма велика (15% случаев). Часть одной хромосомы из 5-й пары утрачена. Как правило, чем большей части генетического материала недостает, тем серьезнее синдром. Синдром Дауна Синдром 21-й хромосомы, трисомия-21, или генерализованная фетальная эмбриодия встречается в одном случае на 7-10 тыс. живорожденных детей обоих полов во всем мире. Вероятность его появления увеличивается в зависимости от возраста беременной/женщины, а иногда и отца. Синдром Дауна - наиболее распространенное генетическое заболевание, вызывающее умственную отсталость. При синдроме Дауна плод наследует три 21-е хромосомы вместо двух. Это называется трисомией. Примерно 4% всех людей с синдромом Дауна имеют транслокации. Это означает, что избыточная 21-я хромосома присоединена к какой-либо другой хромосоме. Некоторые люди с синдромом Дауна имеют мозаичный набор хромосом, т. е. часть клеток содержат нормальное число хромосом - 46, а другие - 47. Если транслоцированная хромосома или комбинация хромосом унаследована от одного из родителей, вероятность повторного появления транслокации в следующем поколении колеблется от 3 до 15%. Для определения унаследованной транслокации необходимо исследовать хромосомы обоих родителей. Вероятность повторения классической трисомии составляет 1-2%. Синдром Патау Синдром 13-й трисомии встречается примерно в одном случае на 25 тыс. живорожденных детей. Риск увеличивается пропорционально возрасту беременной женщины. В 75% случаев синдром Патау возникает, когда плод получает три 13-е хромосомы вместо двух. Около 20% случаев связаны с транслокацией избыточной хромосомы. Унаследованная транслокация увеличивает вероятность повторения синдрома в следующем поколении. Хромосомы обоих родителей необходимо исследовать чтобы установить, является ли транслокация унаследованной. Синдром Эдвардса Синдром трисомии-18 встречается в одном случае на 6600 живорожденных. почти 80% пораженных - девочки. Риск его появления увеличивается пропорционально возрасту беременной женщины. В 95% случаев синдром Эдвардса появляется, если вместо двух 18-х хромосом ребенком унаследовано три. В остальных 5% случаев синдром Эдвардса вызван транслокацией, в которой избыточная 18-я хромосома присоединяется к другой хромосоме. В случае унаследованной транслокации риск повторения синдрома Эдвардса в следующем поколении достаточно велик. Для того чтобы определить, является ли транслокация унаследованной необходимо исследовать хромосомы обоих родителей. Нарушения в половых хромосомах. Синдром хрупкой Х-хромосомы (СХХ) СХХ - наиболее частая причина наследственной умственной отсталости, так как он с высокой вероятностью проявляется в следующих поколениях. Частота синдрома у лицмужского пола - примерно 1 случай на 1000-1250 рождений, а у лиц женского пола - 1 случай на 2000 рождений. СХХ возникает, когда в X-хромосоме наследуется мутантный ген, который вызывает появление на ней перетяжки. Это выглядит так, словно нижний конец хромосомы вот-вот обломится. Отсюда термин - синдром хрупкой Х-хромосомы. Синдром Клайнфелтера Синдром XXV, или 47-ми хромосом встречается в одном случае на 1000 живорожденных мальчиков. Синдром развивается, если ребенок унаследовал одну дополнительную X-хромосому, получив при этом 47 хромосом вместо 46. Нормальная ХУ-комбинация половых хромосом делает его человеком мужского пола, но при этом имеет две Х- и одну У-хромосому (ХХУ). Некоторые имеют мозаичное хромосомное распределение. Синдром Турнера Синдром 45-ти хромосом, Х- или ХО-синдром, моносомия встречается примерно в одном случае на 5000 живорожденных девочек. Причиной синдрома Турнера является наследование одной Х-хромосомы вместо двух. В этом случае в каждой клетке содержится 45 хромосом вместо 46.

73. Специфика действия естественного отбора в человеческих популяциях. Отбор против гомо и гетерозигот.

Специфика действия естественного отбора в человеческих популяциях. Популяционно-генетические эффекты действия систем отбора-контротбора

Одним из наиболее важных эволюционных факторов, изменяющих частоты аллельных генов в популяциях людей, является естественный отбор. Однако его давление в человеческих популяциях ослабело настолько, что отбор утратил значение как фактор видообразования. Это обусловлено возрастанием значения социальных факторов исторического развития человечества и постепенным ослаблением роли биологических факторов эволюции человека.Однако за естественным отбором осталась функция стабилизации генофондов и поддержания наследственного разнообразия популяций людей. О действии на популяцию человека стабилизирующей формы естественного отбора свидетельствует, например, большая перинатальная смертность среди недоношенных и переношенных новорождённых. Направление отбора в этом случае определяется снижением общей жизнеспособности новорождённых. Отрицательное действие отбора по одному локусу иллюстрирует наследование антигенов системы резус. 85% населения Европы имеет в эритроцитах антиген Rh и образует группу резус-положительных индивидуумов, остальные 15% населения составляют резус-отрицательные индивиды. Синтез антигена Rh контролируется доминантным аллелем Д который проявляется в гомозиготе (DD) и гетерозиготе (Dd). Поэтому резус-отрицательные люди являются рецессивными гомозиготами (dd). Если, например, мать резус-отрицательная (dd), отец резус-положительный (DD или Dd), то при беременности резус-положительным плодом (Dd) эритроциты плода могут проникнуть при нарушении плаценты в организм матери и иммунизировать его. При последующей (второй и т.д.) беременности резус-положительным плодом (Dd) антирезус-антитела, выработавшиеся в организме матери во время первой беременности, проникают через плаценту в организм плода и разрушают его эритроциты (эритробластоз). Развивается гемолитическая болезнь новорождённого, ведущим симптомом которой является тяжёлая анемия. В настоящее время успешно применяются различные способы борьбы с этой патологией (например, переливание новорождённому младенцу резус-отрицательной крови). В отсутствие медицинской помощи новорождённый с гемолитической болезнью часто погибал. Со смертью таких организмов (гетерозиготных по аллелю Dd) из популяции удаляется равное количество доминантных и рецессивных аллельных генов локуса «резус». Такой направленный против гетерозигот отбор приводит к уменьшению частоты более редкого (рецессивного, d) аллеля в европейской популяции. Теоретически в ряду из 600 поколений доля рецессивного гена может снизиться с 15% до 1%, на что потребуется около 15000 лет.Несовместимость матери и плода характерна также для системы групп крови AB0, которая, в отличие от резус-иммунизации, может сказаться уже на первом ребёнке. Однако эритробластоз в этом случае, как правило, выражен слабее, чем при JR/г-несовместимости. Чаще всего.ЛЯО-несовмести-мость может приводить к увеличению числа спонтанных абортов. Отбор при этом идет в основном против детей у матерей ff.Для системы AB0 существуют и другие селективные факторы: в настоящее время продемонстрирована ассоциация групп крови AB0 с очень многими заболеваниями например, лица с группой крови А чаще заболевают раком, тогда как лица, имеющие группу крови 0, более подвержены язве желудка и двенадцатиперстной кишки; а риск заболевания ревматизмом самый низкий среди лиц групп 0. Эти селективные факторы влияют на частоту аллелей, определяющих группы крови.Особой жёсткостью выделяется отбор, направленный против гомозигот: гомозиготы по многим рецессивным аутосомным заболеваниям обычно элиминируются, не достигнув репродуктивного возраста. Так, гомозиготы по аллелю серповидноклеточности эритроцитов (HbS/HbS) умирают от серповидноклеточной анемии в детском возрасте. Каждая такая смерть элиминирует из популяции аллели одного вида (рецессивные), что приводит к сравнительно быстрому снижению изменчивости по соответствующему локусу. Во многих популяциях людей частота аллелей аномальных гемоглобинов (включая аллель HbS) не превышает 1%. Отбор против гомозигот обусловлен также повышенной жизненной силой гетерозигот (явление гетерозиса).

Действию отбора, снижающего в генофондах некоторых популяций людей концентрацию определённых аллелей, может противостоять контротбор, который, наоборот, поддерживает частоту этих аллелей на достаточно высоком уровне. Проведённые в Северной Греции обследования показали, что больные серповидноклеточной анемией (гете-розиготы с генотипом HbS/HbA) болеют малярией в 13 раз реже, чем нормальные люди (НЬА/НЬА). Отрицательный отбор в отношении аллеля HbS перекрывается в этом случае мощным положительным отбором гетерозигот по аллелю HbS благодаря высокой жизнеспособности последних в очагах тропической малярии. Эта причина, действующая уже на протяжении нескольких столетий, обусловливает относительно низкую частоту гетерозигот по аллелю HbS среди североамериканских негров (8-9%) в сравнении с африканскими неграми (около 20%).

Генофонд популяций человека является результатом наложения многочисленных и разнонаправленных векторов отбора, обеспечивающего сохранение в каждом поколении сравнительно приспособленных к данным условиям генотипов. При этом с течением времени влияние отбора на генетическую структуру популяций людей снижается в основном благодаря успехам лечебной и профилактической медицины, а также социально-экономическим преобразованиям цивилизации.

74. Адаптационный и балансированный полиморфизм, их роль в поддержании адаптивного потенциала популяций человека. Генетический полиморфизм - основа внутри - и межпопуляционной изменчивости человека, значение генетического полиморфизма в предрасположенности к заболеваниям, к реакциям на аллергены, лекарственные препараты, пищевые продукты и т.д. Значение генетического разнообразия в будущем человечества.

Полиморфизмом (это слово означает «многообразие») называют наличие в популяции данного вида двух или нескольких дискретных (т. е. не связанных постепенными переходами) форм, различающихся по какому-то наследственному признаку. Классическим примером полиморфизма служат группы крови О, А, В и АВ. Можно было бы предположить, что отбор будет приводить к полной гомозиготности популяции по тому из аллелей, фенотипическое проявление которого имеет наибольшую адаптивную ценность. В некоторых случаях эволюция идет именно таким образом, однако это не единственно возможный результат дифференциального воспроизведения. Например, индивидуумы, гетерозиготные по гену серповидноклеточности (Ss), обладают несколько большей устойчивостью к малярии, чем нормальные гомозиготы (SS). В Центральной Африке, где широко распространена малярия, существует сильное положительное давление отбора в пользу устойчивых к этой болезни гетерозиготных индивидуумов (Ss), сильное отрицательное давление отбора в отношении гомозигот (ss), которые страдают тяжелой анемией, и небольшое отрицательное давление - в отношении гомозигот по нормальному аллелю (SS), восприимчивых к малярии. Эти независимые друг от друга, противоположно направленные воздействия отбора поддерживают некоторое равновесие между гомозиготами и гетерозиготами - так называемый сбалансированный полиморфизм. Наличие изменчивости само по себе может иметь для популяции приспособительное значение, так как в полностью гомозиготной популяции отсутствовал бы генетический субстрат для действия естественного отбора. Хорошие шансы на длительное сохранение имеет такая популяция, которая внутренне еще достаточно разнородна, так что в ней могут происходить дальнейшие адаптивные изменения. Наблюдения над природными популяциями плодовых мушек и других организмов показали, что в их генофондах действительно происходят адаптивные сдвиги даже в ответ на такие изменения внешней среды, как смена времен года. Гетерозигота может быть лучше приспособлена для размножения и выживания, чем каждая из соответствующих гомозигот. Очевидно, однако, что для сохранения гетерозиготного состояния популяции необходимо наличие в ней также некоторого числа сравнительно менее приспособленных гомозиготных особей. В зависимости от относительной селективной ценности гетерозиготного и гомозиготного состояний создается определенное соотношение аллелей в генофонде, приводящее к оптимальному соотношению в популяции гетерозигот и гомозигот.

Генетический полиморфизм существование в пределах популяции двух или нескольких различных наследственных форм, находящихся в динамическом равновесии в течение нескольких и даже многих поколений. Чаще всего Г. п. обусловливается либо варьирующими давлениями и векторами (направленностью) отбора в различных условиях (например, в разные сезоны), либо повышенной относительной жизнеспособностью гетерозигот (См. Гетерозигота). Один из видов Г. п. - сбалансированный Г. п. - характеризуется постоянным оптимальным соотношением полиморфных форм, отклонение от которого оказывается неблагоприятным для вида, и автоматически регулируется (устанавливается оптимальное соотношение форм). В состоянии сбалансированного Г. п. у человека и животных находится большинство генов. Различают несколько форм Г. п., анализ которых позволяет определять действие отбора в природных популяциях.

Похожая информация.

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 I 0 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 I 0 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 I 0 I 0 (I) группой и плодами с I A I 0 или I В I 0 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 I A и I B групп крови. Объясните причину этого явления.

5.Частота I В 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.

Главная » Для начинающих » Отбор против гетерозигот. Положительный отбор в пользу гетерозигот