Wybrane

zagadnienia z

genetyki

populacji

Gatunek

, podstawowa jednostka klasyfikacji

organizmów. Definicja gatunku została

sformułowana w XVIII w. przez

J. Raya (1628-1705). Pierwszym przyrodnikiem,

który szeroko zastosował pojęcie gatunku dla

celów praktycznych (klasyfikacji roślin) był K.

Linneusz (1707-1778), tworząc sztuczny system

klasyfikacji oparty na podwójnej nomenklaturze,

tj. wprowadzając obok nazwy rodzajowej nazwę

gatunek.

Klasyczna definicja gatunku zakłada jego

niezmienność.

Wraz z rozwojem ewolucjonizmu w miejsce
gatunku statycznego wprowadzono pojęcie

gatunku dynamicznego, powstającego w procesie

specjacji.

Biologiczne pojęcie gatunków - grupy

naturalnych krzyżujących się populacji, rozrodczo

izolowanych od innych takich grup.

Gatunki występujące na tym samym terenie noszą

nazwę gatunków sympatrycznych, natomiast

gatunki o wykluczających się zasięgach nazywamy

gatunkami allopatrycznymi.

Specjacja

, w biologii: proces powstawania gatunków.

Wyróżnia się specjację właściwą, filetyczną i przez
introgresję.

Specjacja właściwa

polega na zwiększaniu liczby gatunków przez

wyodrębnienie się ich z gatunku już istniejącego, który zanika
lub istnieje nadal.

Specjacja filetyczna

nie prowadzi do wzrostu liczby gatunków,

gdyż jest to przekształcenie się jednego gatunku w inny. Aby
doszło do powstania gatunków, w procesie specjacji właściwej
musi nastąpić izolacja rozrodcza pomiędzy istniejącymi
populacjami gatunku lub pomiędzy grupami osobników
w populacji.

Specjacja przez introgresję

(rzadki przypadek) zachodzi wtedy,

gdy z dwóch istniejących gatunków powstaje jeden.

Specjacja skokowa

- jeśli nagle u części osobników pojawia się

cecha uniemożliwiająca im krzyżowanie się z formami
wyjściowymi i wydawanie płodnego potomstwa. Na przykład
powstanie osobników poliploidalnych, częste u roślin, powoduje
izolację rozrodczą, gdyż w komórkach rozrodczych mieszańców
(pomiędzy formami wyjściowymi a formami zmienionymi)
dochodzi do zaburzeń mejozy.

Specjacja stopniowa

częściej zachodzi u zwierząt i polega na

stopniowym gromadzeniu się różnic pomiędzy populacjami
gatunku. Izolacja geograficzna może prowadzić do stopniowej
specjacji geograficznej (allopatrycznej), zachodzącej wtedy, gdy
istniejąca bariera oddzielająca populację brzeżną od centralnej
(np. masyw górski, morza, strefy klimatyczne) uniemożliwia
wymianę genów. Po pewnym czasie, wskutek działania doboru
naturalnego, może wykształcić się pomiędzy nimi izolacja
rozrodcza i wówczas populacja brzeżna osiąga status nowego
gatunku.

Powstawanie
gatunków

Dobór naturalny

, selekcja naturalna, zaproponowany przez

Darwina mechanizm ewolucji organizmów, polegający na
przeżywaniu w toku walki o byt organizmów najlepiej
przystosowanych do danych warunków środowiska.

W konsekwencji w ciągu wielu pokoleń następuje wzrost

stopnia przystosowania form żywych do zmiennych
w czasie i przestrzeni warunków ich życia i wytworzenie
organizmów genetycznie i morfologicznie odmiennych od
form wyjściowych.

Warunkami koniecznymi dla zaistnienia doboru naturalnego

są:

1. rozmnażające się organizmy mogą wydawać więcej

potomstwa niż jest w stanie przeżyć - ograniczone zasoby
powodują konkurencję między osobnikami;

2. występowanie dziedziczenia cech;
3. występowanie zmienności genetycznej i związane z nią

zróżnicowane dostosowanie osobników (osobniki
o pewnych cechach będą miały większy sukces rozrodczy -
większe dostosowanie).

Wyróżnia się dobór naturalny:
1. kierunkowy – faworyzuje osobniki posiadające różną od

średniej w populacji wartość cechy;

2. stabilizujący – faworyzuje osobniki posiadające średnią dla

danej populacji wartość cechy;

3. rozrywający – jednocześnie faworyzuje osobniki o dwóch

lub więcej wartościach cechy, różniących się od średniej
populacji.

prawo zmienności powszechnej i bezkierunkowej - gatunki

charakteryzuje duża zmienność dziedziczna i nie dziedziczna,
jedynie zmiany dziedziczne mają znaczenie w ewolucji,

- prawo olbrzymiej różnorodności organizmów, które mnożą się

w postępie geometrycznym,

- prawo walki o byt, która jest mechanizmem ograniczającym

nadmierną liczbę organizmów, walka o byt może się odbywać
bezpośrednio między dwoma różnymi gatunkami w układzie ofiara -
drapieżnik lub pośrednio, w obrębie jednego gatunku w wyniku
konkurencji o tę samą niszę ekologiczną,

- prawo dziedziczenia - osobniki które przeżyły przekazują

korzystne cechy swemu potomstwu,

- prawo doboru naturalnego - w walce o byt przeżywają osobniki

najlepiej przystosowane, formy pośrednie wymierają, co prowadzi
do coraz większej rozbieżności cech w następnych pokoleniach
i powstania z czasem form bardzo różniących się od form
wyjściowych i powstawania nowych gatunków.

Teoria ewolucji (teoria doboru

naturalnego) Karola Darwina

(1809 - 1882)

"O powstawaniu gatunków”, 1858

Bariery krzyżowalności gatunków
roślin

Prezygotyczne

– nie dochodzi do

zapłodnienia
(pyłek nie kiełkuje na znamieniu,
łagiewka nie dociera do woreczka
zalążkowego lub pęka w kanale
stylarnym, gamety nie łączą się)

Postzygotyczne

– zaburzony rozwój

zarodka lub zamieranie; zaburzony
rozwój (lub brak) mieszańców;
niepłodność mieszańców F

1

; zaburzony

rozwój pokolenia F

2

Przezwyciężanie barier

krzyżowalności gatunków roślin

Prezygotycznych

– łączenie komórek somatycznych;

usuwanie znamion; skracanie słupka, zapłodnienie in vitro,
aplikacja immunosupresorów; metoda „mentor pollen”

Postzygotycznych

– kultura in vitro niedojrzałych zarodków

(czasami wspomagana bielmem lub ekstraktem z bielma);
podwojenie liczby chromosomów mieszańców F

1

, użycie

mieszańców F

1

jako komponentów matecznych w celu

uzyskania następnego pokolenia

Prawo Hardy’ego-Weinberga

Frekwencja homozygot i heterozygot w populacjach jest
stała, o ile:

populacja składa się z dużej liczby osobników
osobniki krzyżują się w sposób losowy i bez ograniczeń
nie istnieje presja selekcyjna faworyzująca określone

allele (genotypy)

nie występuje migracja
nie występują mutacje (lub zachodzą i rewertują z taką

samą częstością)

Takie populacje nazywamy panmiktycznymi

p

2

(AA) + 2pq(Aa) + q

2

(aa) = 1

[p2(a1a1) + q2(a2a2) + r2(a3a3) +

2pq(a1a2) + 2pr(a1a3)

+ 2qr(a2a3) = 1]

Prawo Hardy’ego-
Weinberga

Prawo Hardy’ego-
Weinberga

Populacje roślin samopylnych składają się z

linii czystych

Linia czysta – potomstwo rośliny homozygotycznej
uzyskane w wyniku samozapylenia

Rozmnażanie przez samozapylenie prowadzi
do homozygotyzacji

Aa self

I poklenie – 50% homozygot
II pokolenie – 75% homozygot
III pokolenie – 87.5% homozygot
itd…

Populacje roślin samopylnych

Teoria linii czystych Wilhelma

Johannsena

Masa

ziarna

rośliny

rodzicielski

ej

Masa ziaren roślin potomnych

Kategorie masy ziaren

10

20

30

40

50

60

70

80

90

średnio

20

-

1

15

90

63

11

-

-

-

43,8

30

-

15

85

322 310

91

2

-

-

44,5

40

5

17

17

5

776 956

28

3

24

3

-

44,2

50

-

4

57

305 521

19

6

51

4

-

48,9

60

-

1

23

130 230

16

8

46

15

2

51,9

70

-

-

5

53

175

18

0

64

15

2

56,0

razem

5

38

36

0

167

6

225

5

92

9

18

7

37

4

47,92

Populacje roślin samopylnych

Teoria linii czystych

Wyniki doświadczenia W. Johannsena (1903;

1926)

http://ewolucja.org/

http://www.cbs.dtu.dk/
http://fig.cox.miami.edu/
http://wizard.ae.krakow.pl/
http://www.biologie.uni-hamburg.de/
http://www.bio.miami.edu/
http://www.zo.utexas.edu/