Znaczenie zmienności genetycznej i metody jej zachowania

Populacja biologiczna — zespół organizmów jednego gatunku żyjących równocześnie w określonym środowisku i wzajemnie na siebie wpływających, zdolnych do wydawania płodnego potomstwa. Nie jest to jednak suma osobników jednego gatunku, a zupełnie nowa całość.

W określonej populacji zachodzą procesy:

1. Populacyjna „szyjka butelki” jest jednym z mechanizmów neutralnych ewolucji. U podłoża efektu wąskiego gardła leży kataklizm, katastrofa (np. choroba, susza, powódź itp.). Liczebność populacji po katastrofie zmniejsza się, a zatem zmienia się pula genowa populacji (osobniki, które przetrwały kataklizm nie mają wszystkich genów tworzących pulę genową całej populacji, a na pewno nie w tych samych proporcjach). Wąskie gardło powoduje zmniejszenie różnorodności genetycznej oraz zmianę frekwencji alleli.

2. Rozmnażanie

3. Selekcja naturalna

Stopień różnicowania się lub upodabniania do siebie populacji zależy od:

1. Efektu przepływu genów - przechodzenie genów z jednej populacji do drugiej w wyniku migracji osobników i ich krzyżowania, jest także możliwy za pośrednictwem gamet (pyłku, plemników) lub zygot (np. nasion); zjawisko to może powodować zmiany częstości genów w populacjach i pociągać za sobą w związku z tym zmiany ewolucyjne.

2. Dryf genetyczny

3. Selekcja naturalna

MIGRACJA - przemieszczanie się osobnika między odrębnymi lokalizacjami bądź populacjami

WĘDRÓKA - okresowe przemieszczanie się do i z określonego obszaru geograficznego, często mające charakter sezonowy i odbywające się stała trasą.

Przepływ genów ma wpływ na:

• Wielkość populacji

• Zmienność genetyczną

• Lokalne adaptacje

• Proces specjacji - powstawanie nowych gatunków

Szacowanie migracji i przepływu genów:

1. Metody bezpośrednie

2. Metody pośrednie

3. Testy przypisania

Metody bezpośrednie

• Znakowanie i ponowny odłów

• Radiolokacja

• Badanie rodzicielstwa

• Porównanie genotypów potomstwa i przypuszczalnych rodziców

Metody pośrednie

Nem - liczba rozmnażających się dorosłych osobników, które są migrantami. Zakłada on brak selekcji i mutacji oraz nieskończoną liczbę populacji, z których każda ma taką samą wielkość, a prawdopodobieństwo wymiany osobników jest takie samo.

Testy przypisania polegają na przypisaniu osobników do populacji, z której prawdopodobnie pochodzą, poprzez porównianie ich genotypów z profilem genetycznym różnych populacji. (mikrosatelity, RAPD i RFLP)

Wydajność testów zależy od:

• Stopnia zróżnicowania populacji

• Wielkości próby

• Liczby analizowanych loci

• Polimorfizmu markera

Czynniki wpływające na przepływ genów:

• Zdolność do migracji

• Bariery ograniczające lub uniemożliwiające migrację

• Typy rozmnażania

• Fragmentacje środowiska

• Interakcje gatunkowe

U wielu gatunków intensywność przepływu genów między populacjami jest odwrotnie proporcjonalna do dystansu geograficznego - izolacja przez dystans.

Bariery ograniczające migrację

• Zbiorniki wodne

• Łańcuchy górskie

• Obszary suchego lądu

Jeśli osobnik żyje w środowisku pofragmentowanym i regularnie się przemieszcza może utworzyć tzw. metapopulację.

METAPOPULACJA - to populacja składająca się z podpopulacji zamieszkujących izolowane płaty środowiska pomiędzy którymi migrują osobniki. Płaty muszą być wystarczające do zamieszkania i wydania potomstwa. Metapopulacja będzie aktywna pod warunkiem, że tempo kolonizacji będzie większe niż tempo wymarcia.

Czynnikiem oddziałującym na rozprzestrzenianie się roślin i zwierząt są zależności między rośliną a roślinożercą oraz drapieżnikiem i ofiarą.

Jeśli przepływ genów nie istnieje, populacje w obrębie gatunku różnicują się w efekcie dryfu genetycznego.

Dryf genetyczny opisuje zmiany frekwencji genów nie wynikające z doboru, mutacji czy migracji osobników, ale z czystego przypadku. Można go zdefiniować jako utratę alleli danych genów w populacji przez przypadkowe łączenie się gamet w procesie rozmnażania Rola dryfu genetycznego jest większa im mniejsza jest populacja.

Efekt założyciela jest szczególnym przypadkiem dryfu genetycznego występującym, gdy populacja w przeszłości przeszła przez stadium z bardzo niewielką liczbą osobników wskutek migracji niewielkiej liczby osobników na izolowaną wyspę. Przypadek spowoduje, że taka populacja będzie miała drastycznie odmienną i zubożoną pulę genetyczną w stosunku do populacji wyjściowej. Do podobnego efektu może dochodzić także wskutek gwałtownej redukcji liczby osobników w populacji, na przykład na skutek tępienia przez człowieka, katastrof sztucznych, czy też naturalnych (efekt wąskiego gardła). Pozostaje wtedy bardzo mała liczba osobników, które krzyżują się między sobą. Następnie dochodzi do wzrostu homozygotyczności, ujawniają się niekorzystne allele recesywne i defekty genetyczne.

Selekcja naturalna sprawia, że populacje z jednej części areału gatunku nie powinny być przenoszone w inne rejony.


Jedną z metod rozpoznawania lokalnych adaptacji jest eksperyment wzajemnego przesiedlania.

Ograniczony poziom populacji może mieć wpływ na:

• Brak dostosowania do zmian zachodzących w środowisku

• Większe znaczenie ma dryf genetyczny niż selekcja

• Utrwalenie alleli szkodliwych (obciążenie genetyczne)

• Topnienie mutacyjne

Chów wsobny (ang. inbreeding) - inaczej kojarzenie krewniacze. Polega na kojarzeniu blisko spokrewnionych osobników. W naturalnych populacjach jest zwykle wynikiem zmniejszenia obszaru występowania zwierząt lub podziału większych populacji na mniejsze, izolowane. Chów wsobny w naturze nie jest zjawiskiem korzystnym - często prowadzi do ujawnienia niekorzystnych alleli recesywnych i zmniejszenia się różnorodności genetycznej populacji na skutek przyspieszonego dryftu genetycznego. Ostatnio zjawisko to dotyka nagminnie populacje zwierząt, występujące na obszarach odizolowanych wskutek gospodarczej działalności człowieka. Chów wsobny niesie za sobą wiele niekorzystnych zjawisk hodowlanych, nie stanowi to problemu, dopóki człowiek posługuje się tą metodą rozsądnie. Inbred nie zapobiegnie dziedziczeniu cech negatywnych, negatywne cechy dziedziczne występują częściej w chowie wsobnym niż w hodowli bez pokrewieństwa.

Negatywne aspekty inbredu:

• Ujawnia negatywne cechy przodków

• Zmniejsza różnorodność genów

• Zmniejsza płodność

• Zmniejsza witalność

• Zmniejsza odporność na choroby

• Wydelikaca fenotyp

Inbred jest dużym zagrożeniem dla populacji jeśli doprowadza do depresji inbredowej.

DEPRESJA INBREDOWA - jest to obniżenie się wigoru osobników powstałych z kojarzenia krewniaczego. Uwidacznia się szczególnie w fenotypie cech o niskiej wartości wskaźnika odziedziczalności i zdolności do adaptacji w nowych warunkach bytowania i spadku odporności na schorzenia. Depresja inbredowa u zwierząt hodowlanych charakteryzuje się obniżoną plennością i płodnością, mniejszą wydajnością, gorszymi przyrostami dobowymi itp.

Miarą inbredu jest heterozygotyczność, tzn. różnorodność genowa.
W małych populacjach stwierdzono mniejszą heterozygotyczność a tym samym wyższy stopień inbredu.

Poza gatunkami rzadkimi i zagrożonymi wyginięciem, właściwie u każdego gatunku stwierdzono pewien stopień zróżnicowania genetycznego między populacjami.

1. Dystans genetyczny

2. Statystyka F - wykorzystuje współczynnik inbredu do opisania w jaki sposób zmienność genetyczna rozmieszczona jest w obrębie populacji i między populacjami.

FIS - stopień inbredu na poziomie osobników w odniesieniu do reszty subpopulacji z której pochodzi

FST - poziom inbredu w subpopulacji w odniesieniu do całej populacji

FIT - całkowity współczynnik inbredu osobnika szacowany poprzez określenie heterozygotyczności osobnika w odniesieniu populacji

4

---