Name: hardy-weinberg tests for population change
Uploaded: 2019-01-29T11:04:44.000Z
Duration: 6 min 19 s
Channel: JoVE

K12 Standards

ohios-learning-standards-and-model-curriculum

Ohio’s Learning Standards and Model Curriculum

9-12

Biology

Evolution

Mechanisms

Hardy-Weinberg and Genetic Drift

تساءل العلماء ذات مرة عن سبب عدم تواتير السمات السائدة مثل بقع الزرافة ذات اللون الأسمر مع كل جيل واستبدال السمات المتنحية مثل البقع البنية الداكنة. عند التفكير في هذا اللغز ، في عام 1908 ، بشكل مستقل عن بعضهما البعض ، اشتق جودفري هاردي وفيلهلم واينبرغ بشكل مستقل نظرية ، تعرف اليوم باسم مبدأ هاردي واينبرغ وتمثلها هذه المعادلة. 
ينص المبدأ على أنه في حالة عدم وجود تطور ، أي عند التوازن ، ستظل ترددات الأليل والنمط الجيني للسكان ثابتة من جيل إلى آخر. لفهم هذه المعادلة ، دعنا نعود إلى مثال الزرافة. يمثل الحرف الكبير A الأليل الأسمر لأنه مهيمن ، والحرف الصغير a للأليل البني لأنه متنحي. يتم تعيين تواتر هذين الأليلين في السكان على أنه p و q على التوالي. فكيف نعرف تردد الأليل؟ حسنا ، كل فرد لديه أليلان. في هذا المثال ، 40٪ من الأليلات في مجموعة الجينات أسمرة. وبالتالي ، فإن تردد الأليل تان ، p ، هو 0.4 ، وتردد الأليل البني ، q ، هو 0.6. لاحظ أن p زائد q يساوي دائما واحدا. 
الآن دعنا نعود إلى معادلة هاردي-واينبرغ. يمثل كل مصطلح في المعادلة تردد نمط وراثي واحد. تواتر النمط الجيني السائد متماثل اللواقح هو p تربيع ، ويتم تمثيل المتنحي متماثل اللواقح ب q تربيع. النمط الجيني متغاير الزيجوت هو اثنين من pq. السبب في أننا نضرب في اثنين هنا هو أن هناك طريقتين مختلفتين لتوليد النمط الجيني متغاير الزيجوت. مجتمعة ، تمثل كل هذه 100٪ من الأنماط الجينية. وبالتالي ، التردد الإجمالي لواحد. باستخدام قيم p و q من مثال الزرافة ، يمكننا تحديد توزيع النمط الجيني لأليلات الجينات الملونة في مجموعة الزرافات لدينا. لذلك ، وفقا لمبدأ هاردي واينبرغ ، عند التوازن ، سيكون 16٪ من سكان الزرافات مهيمنين متماثل الزيجوت ، و 48٪ سيكونون متغاير الزيجوت ، و 36٪ متنحيون متماثل اللواقح. 
للحفاظ على هذا التوازن ، ينص مبدأ توازن هاردي واينبرغ على أن السكان يجب أن يستوفوا خمسة افتراضات رئيسية. يجب أن يكون هناك تزاوج عشوائي ، وحجم كبير للسكان ، وعدم وجود طفرة ، وعدم اختيار الجين المعني ، وعدم تدفق الجينات داخل أو خارج السكان. تنتهك معظم السكان الطبيعيين واحدا على الأقل من هذه الافتراضات وبالتالي فإن التوازن نادر الحدوث ... ولكن على الرغم من ذلك ، يتم استخدام المبدأ كنموذج فارغ لعلم الوراثة السكانية. من خلال مقارنة هذه القيم المتوقعة بتردد النمط الجيني الفعلي في مجموعة سكانية ، يمكن تحديد ما إذا كانت هذه المجموعة في توازن هاردي واينبرغ. إذا لم يكن الأمر كذلك ، فهذا يعني أن شكلا من أشكال التطور أو التغيير في تردد الأليل يحدث. 
الاعتقاد الخاطئ العام حول التطور هو أنه يتطلب حدوث الانتقاء الطبيعي. ومع ذلك ، هذا ليس هو الحال دائما. الانجراف الجيني هو إحدى الآليات التي يمكن أن يحدث بها التطور دون الانتقاء الطبيعي. يتم تعريفه على أنه تغيير في تواتر الأليل للسكان بسبب الصدفة. لتصور ذلك ، دعنا نعود إلى مثال مجموعة الزرافات ونتخيل أن أليلاتهم من البني والبني ممثلة بكرات بلونين مختلفين. سنفترض هنا أن كل لون يبدأ بكثرة على قدم المساواة. إذا أردنا أن نبدأ جيلا جديدا من هذه المجموعة ، فسنحتاج إلى تربية أزواج من الأفراد وبالتالي الاختيار من بين أربعة أليلات لكل زوج. إذا اخترنا زوجا من التكاثر بشكل عشوائي ، فقد ينتهي بنا الأمر باثنين من الكرات من كل لون. ومع ذلك ، بالصدفة وحدها ، سيكون لبعض الأزواج لون واحد فقط من الرخام ، أو ثلاثة من لون واحد وواحد من الآخر. قد تعني هذه الانحرافات الفرصة من 50-50 عبر أزواج متعددة لإنشاء جيل جديد أن الجيل التالي لم يعد لديه مزيج متساو من كل أليل. 
هذا الاختلاف في ترددات الأليل النسبية بمرور الوقت هو الذي يحدد الانجراف الجيني. لذلك ، على عكس التطور التكيفي ، حيث يتغير تردد الأليل لاختيار السمات المناسبة للبيئة ، مثل الخنافس التي تحتوي على كمية أكبر من الميلانين التي تعيش بشكل أفضل في المناخات الباردة بسبب تحسين القدرة على امتصاص الحرارة ، يمثل الانجراف الجيني نوعا من التطور يرجع فقط إلى التغيير العشوائي. على سبيل المثال ، الإزالة العشوائية لقسم من السكان من خلال حدث كارثي. 
في هذا المختبر ، ستقوم بإجراء محاكاة الكمبيوتر والخرز الملون لتوازن هاردي واينبرغ والانجراف الجيني في مجموعة سكانية ، ثم تختبر ما يحدث عند انتهاك افتراضات التوازن.

هاردي واينبرغ والانجراف الجيني

التغيير التطوري مثير للاهتمام ومهم للدراسة ، لكن التغييرات في السكان تحدث على مدى فترات طويلة من الزمن وفي المساحات المادية الضخمة ، وبالتالي يصعب قياسها. بشكل عام ، تتطلب دراسة مثل هذه الظواهر استخدام نماذج رياضية تم إنشاؤها باستخدام معلمات يمكن قياسها بسهولة. ثم يتم استخدام هذه النماذج لعمل تنبؤات حول كيفية تأثير التغييرات في النظام على النتيجة. 
على سبيل المثال ، غالبا ما يتم ملاحظة التغييرات في تواتر الأليلات الجينية في المواقع الفردية في الأنواع على مدى فترات زمنية طويلة ، ولكن لا يمكن ملاحظتها بشكل عام خلال فترات زمنية قصيرة. يسمح استخدام نماذج الكمبيوتر للباحثين بالتنبؤ بالتغيرات داخل مجموعة الجينات الخاصة بالأنواع باستخدام الملاحظات التي تم جمعها بالفعل ، والسماح بمحاكاة عدد غير محدود من الأجيال من السكان. هذا بالتأكيد لن يكون ممكنا خلال حياة الإنسان.
<h4>مبدأ توازن هاردي-واينبرغ</h4>
إحدى المعادلات المستخدمة لنمذجة المجموعات السكانية هي معادلة توازن هاردي-واينبرغ. تمت صياغته بشكل مستقل في عام 1908 من قبل كل من G.H. Hardy و Wilhelm Weinberg1،2. تصف المعادلة البسيطة تردد الأليل المتوقع لمجموعة سكانية لا تتطور. نظرا لأن معظم السكان الواقعيين يتطورون استجابة لقوى الانتقاء الطبيعي ، فإن هذه الصيغة تعمل كفرضية صفرية مفيدة. يتم استخدامه لاختبار ما إذا كانت أنواع مختلفة من الاختيار تحدث أم لا. إذا اختلفت ترددات الأليل المقاسة عن تلك التي تم التنبؤ بها باستخدام معادلة هاردي واينبرغ ، فإن الجين المعني يخضع لتغيير تطوري.
يمكن تمثيل معادلة هاردي واينبرغ على أنها ص2 + 2بكسل + q2 = 1 حيث يمثل p تردد الأليل السائد و q يمثل تردد الأليل المتنحي للجين المعني. يمثل كل تعبير في المعادلة التردد المتوقع لأحد الأنماط الجينية الثلاثة ثنائية الصبغيات المحتملة. يتم تمثيل التردد السائد متماثل اللواقح ب p 2 ، متماثل الزيجوت المتنحي ب q2 ، ومتغاير الزيجوت بمقدار 2بكسل. إذا تم جمع هذه الترددات ، فإنها تضيف ما يصل إلى 1 ، وهو أمر منطقي لأن جميع السكان قد تم تقسيمهم إلى الفئات الثلاث المتاحة.
من الممكن أيضا وصف السكان ، أو مجموعة الجينات ، من حيث الأليلين ، بغض النظر عن كيفية تعبئتها في أفراد ثنائيي الصبغيات. يتم تمثيل هذه المعادلة على أنها p + q = 1 ، أي أن ترددات الأليلات المهيمنة والمتنحية يجب أن تضيف ما يصل إلى 1 داخل السكان. مرة أخرى ، هذا منطقي ، لأن النموذج يتضمن احتمالين فقط للأليل. لاحظ أن تواتر الأنماط الجينية في السكان هو مجرد توسع تربيعي لتواتر الأليلات في السكان لأن (p + q) 2 = p2 + 2pq + q2.
تتطلب معادلة هاردي-واينبرغ ، مثل معظم النماذج الأخرى ، سلسلة من الافتراضات. من المفيد ، إذا كانت بيانات الحياة الواقعية تختلف عن البيانات المتوقعة ، فمن الممكن افتراض أي من افتراضات البداية كانت خاطئة. افتراضات معادلات توازن هاردي-واينبرغ هي: 1) عدد السكان كبير جدا ، 2) السكان مغلقون ، مما يعني أنه لا يوجد أفراد يهاجرون إلى السكان أو يهاجرون خارجهم ، 3) لا توجد طفرات تحدث على الجين المعني ، 4) يتزاوج الأفراد داخل السكان بشكل عشوائي - الأفراد لا يختارون زملائهم ، 5) الانتقاء الطبيعي لا يحدث. مرة أخرى ، ضع في اعتبارك أن معادلة توازن هاردي-واينبرغ هي فرضية فارغة. في كثير من الأحيان ، ينتهك السكان الحقيقيون واحدا أو أكثر من هذه الافتراضات. تستخدم المعادلة لتحديد ما إذا كان التطور يحدث وكيف يحدث.
<h4>الانجراف الجيني</h4>
في عدد قليل نسبيا من السكان ، وهي حالة تنتهك افتراض هاردي واينبرغ الأول ، من الممكن أن تكون ترددات الأليل ناتجة عن الصدفة. يشار إلى هذه الظاهرة باسم الانجراف الجيني. يشار إلى نسخة واحدة من هذا باسم تأثير المؤسس. إذا انتقل عدد صغير من الأفراد إلى مكان معزول وبدأوا مجموعة سكانية جديدة ، فإن علم الوراثة المحدد لهؤلاء الأفراد المعينين سيشكل الأجيال القادمة. قد يكون لمجموعة الجينات الصغيرة الجديدة نفس تردد الأليل الأصلي ، ولكن من الممكن أيضا ، بل من المحتمل ألا يكون كذلك. لنفترض أن السكان الأصليين شملهم 50٪ من الأليلات المهيمنة و 50٪ متنحي. في أقصى الحدود ، إذا كان جميع الأفراد في مجموعة مؤسس مهاجرة متنحيين متماثل اللواقح ، فقد الأليل السائد تماما وأصبح المتنحي الآن 100٪. يمكن أن تحدث ظاهرة مماثلة ، تسمى تأثير عنق الزجاجة ، إذا تعرض السكان لانخفاض كبير في الأعداد بسبب كارثة طبيعية أو تدخل بشري أو مرض.
الأهم من ذلك ، يمثل الانجراف الجيني نوعا من التطور ليس بالضرورة تكيفيا. لا يختار على وجه التحديد السمات المناسبة للبيئة. ومع ذلك ، فهي قوة تطورية مهمة في تشكيل السكان بعدد قليل من الأفراد وستسبب انحرافات عن تنبؤات هاردي واينبرغ. في المجموعات السكانية الأكبر ، من المرجح أن تعني الانحرافات عن التنبؤات أن السكان المعنيين يخضعون للتطور من خلال الانتقاء الطبيعي. وفي ظل هذه الظروف، يمكن استكشاف مزيد من النظر في الآليات التي تسببت في هذا التطور.
تشمل التطبيقات الحديثة لنموذج هاردي واينبرغ تحليل مجموعات البشر من حيث كيفية ارتباط أجهزتهم المناعية بقابليتهم للإصابة بالأمراض المعدية3،4. تقوم العديد من المجموعات البحثية بفهرسة الجينات التي تشفر جزيئات معينة للجهاز المناعي ، مثل CCR5 ومركب التوافق النسيجي الرئيسي (MHC ، المعروف في البشر باسم مستضد الكريات البيض البشرية (HLA) ، وربط هذه المعلومات بالدراسات الوبائية المتعلقة بالمرض وتطوره3،5-6. من مقارنة هذين النوعين من مجموعات البيانات ، تظهر أنماط تظهر أن بعض الأفراد مقاومون وراثيا لعدوى معينة بينما يكون البعض الآخر أكثر عرضة للاستسلام للمرض4. كان نموذج هاردي وواينبرغ ضروريا لتحليل هذه البيانات وساهم في فهمنا لكيفية تشكيل العدوى للتطور.
<h4>مراجع</h4>
<ol class = "مراجع">
	<li>هاردي ، جي إتش (يوليو 1908). "النسب المندلية في مجموعة سكانية مختلطة" (PDF). علم. 28 (706): 49-50. دوي: 10.1126 / science.28.706.49. ردفي الياكل الدولي 0036-8075. PMID 17779291.</li>
	<li>واينبرغ ، دبليو (1908). 'Über den Nachweis der Vererbung beim Menschen'. Jahreshefte des Vereins für vaterländische Naturkunde in Württemberg. 64: 368-382.</li>
	<li>Eguchi S ، Matsuura M. اختبار توازن هاردي-واينبرغ في نظام HLA. القياسات الحيويه. 1990 يونيو; 46(2):415-26. PubMed PMID: 2364131.</li>
	<li>Phillips KP ، Cable J ، Mohammed RS ، et al. تمنح الجدة المناعية الوراثية ميزة انتقائية في التطور المشترك للمضيف والممرض. Proc Natl Acad Sci U S A. 2018; 115 (7): 1552-1557.</li>
	<li>ليم جي كيه ، جلاس دبليو جي ، ماكديرموت دي إتش ، مورفي بي إم CCR5: لم يعد جينا "لا يجيد لا شيء" - السيطرة الكيميائية على عدوى فيروس غرب النيل. اتجاهات المناعة. 2006 يوليو; 27 (7): 308-12.</li>
	<li><a target = "__blank" href = "https://hla-net.eu/tools/frequency-estimation/">https://hla-net.eu/tools/frequency-estimation/</a></li>
	<li>سانتياغو رودريغيز وتوم آر جاونت وإيان إن إم داي. اختبار توازن هاردي واينبرغ للتأكيد البيولوجي لدراسات التوزيع العشوائي المندلي. نشرت المجلة الأمريكية لعلم الأوبئة الوصول المسبق في 6 يناير 2009 ، DOI 10.1093 / aje / kwn359. http://www.oege.org/software/hwe-mr-calc.html</li>
</ol>
<h4>قراءة متعمقة</h4>
أندروز ، سي (2010) مبدأ هاردي واينبرغ. معرفة تعليم الطبيعة 3 (10): 65 https://www.nature.com/scitable/knowledge/library/the-hardy-weinberg-principle-13235724

التغيير التطوري مثير للاهتمام ومهم للدراسة ، لكن التغييرات في السكان تحدث على مدى فترات طويلة من الزمن وفي المساحات المادية الضخمة وهي ...

Education

JoVE Lab Manual

علم الأحياء

التطور

hardy-weinberg tests for population change

Hardy-Weinberg tests help scientists check whether a population is changing over time. Because evolution happens slowly and over large areas, researchers often use mathematical models to study it. These models use measurable data and computer simulations to predict how allele frequencies may shift across many generations.

The Hardy-Weinberg equilibrium equation is one common model. It was developed independently in 1908 by G. H. Hardy and Wilhelm Weinberg. The equation gives the expected allele frequency for a population that is not evolving, so it serves as a useful null hypothesis. If measured allele frequencies do not match the prediction, the gene may be undergoing evolutionary change.

The model is written as p2 + 2pq + q2 = 1. In this equation, p is the frequency of the dominant allele and q is the frequency of the recessive allele. The three terms represent the expected frequencies of the three diploid genotypes: homozygous dominant, heterozygous, and homozygous recessive. The allele version of the model is p + q = 1, since the two allele frequencies must total 1 in the population.

Hardy-Weinberg also depends on a set of assumptions. The population must be very large and closed, which means no individuals move in or out. There must be no mutations in the gene being studied. Individuals must mate at random, and natural selection must not be acting. When real data breaks one or more of these assumptions, the model can help point to what may be happening.

Genetic drift is one reason a small population can change by chance alone. This violates the large-population assumption of Hardy-Weinberg. One form of genetic drift is the founder effect. It happens when a small group leaves and starts a new isolated population. The genes carried by those founders shape future generations. In an extreme case, if the founders are all homozygous recessive, the dominant allele can disappear and the recessive allele can reach 100%.

A similar pattern is called the bottleneck effect. It can occur after a natural disaster, human intervention, or disease causes a major drop in population size. Genetic drift is not necessarily adaptive, because it does not specifically favor traits that fit the environment. Even so, it is an important evolutionary force in small populations and can create differences from Hardy-Weinberg predictions. In larger populations, those differences are more likely to suggest natural selection.

Scientists also use Hardy-Weinberg testing in modern studies of human and animal populations. One focus is how immune system genes relate to susceptibility to infectious disease. Researchers study genes such as CCR5 and the major histocompatibility complex, or MHC, called HLA in humans. By comparing genetic data with disease data, they can find patterns showing that some individuals are more resistant to certain infections while others are more likely to become ill. These studies have helped explain how infections have influenced evolution.

Hardy-Weinberg Tests for Population Change

hardy-weinberg-tests-for-population-change

natural selection

Fitness and Selection in Populations

Fitness and natural selection shape how traits spread through a population over time. Variation in inherited phenotypes gives evolution its raw material. When a trait is heritable and affects survival or reproduction, natural selection can change how common that trait becomes in later generations. Fitness means reproductive success compared with others in the same population. A heritable trait that improves fitness is called an adaptation. Individuals with higher lifetime reproductive success...

artificial selection

Selective Breeding in Dogs and Crops

Artificial selection, also called selective breeding, is the human choice of which plants or animals reproduce. It uses natural variation in a population to produce traits people want. Over many generations, this can create domesticated organisms that look very different from their wild ancestors. Natural selection is a different process, but it helps explain how change happens in nature. In adaptive evolution, differences in traits can lead to differences in survival and reproductive success.

hardy-weinberg and genetic drift

Hardy-Weinberg tests help scientists check whether a population is changing over time. Because evolution happens slowly and over large areas, researchers often use mathematical models to study it. These models use measurable data and computer simulations to predict how allele frequencies may shift across many generations. The Hardy-Weinberg equilibrium equation is one common model. It was developed independently in 1908 by G. H. Hardy and Wilhelm Weinberg. The equation gives the expected...

evolutionary relationships

DNA Evidence in Evolutionary Trees

DNA evidence helps scientists map evolutionary relationships between living things. Early classification began with Aristotle in the 4th century BC and was later improved during the Renaissance and by Carolus Linnaeus in the mid-1700s. These systems grouped species by physical similarity, such as the presence or absence of a backbone in vertebrates and invertebrates. Traits like a backbone are called synapomorphies, which are shared traits that likely came from a common ancestor. Physical...

plant diversity

Plant Adaptations for Land Life

Plant adaptations for land life explain how plants moved from water to land and diversified over time. Kingdom Plantae first appeared about 410 million years ago, when green algae began transitioning from aquatic environments to dry land. That shift was difficult, but land offered more light, more carbon dioxide, and far less competition than crowded oceans. Life on land forced plants to solve new problems. Aquatic plants can absorb water and nutrients directly from the surrounding liquid, use...

animal diversity

Animal Classification and Adaptation

Kingdom Animalia includes a wide range of organisms that share a few basic traits. Most animals are multicellular eukaryotes that move, consume organic matter, and reproduce sexually. Even with those shared features, animals are extremely diverse because each species adapts to a different niche. A niche is the place, role, and set of interactions a species has with living and nonliving parts of its environment. Specialization helps species survive, reproduce, and reduce competition with others...

microbial and fungal diversity

How Scientists Identify Bacteria and Fungi

Bacteria and fungi are highly diverse organisms, and scientists identify them by looking at their structure, growth, and role in health. Some species help people, while others can cause disease, so learning how to tell them apart matters in biology and medicine. Biological taxonomists group organisms by evolutionary relatedness. Life is divided into three domains: Bacteria, Archaea, and Eukaryota. Bacteria belong to the domain Bacteria, which includes single-celled prokaryotes. Prokaryotic...

evolution

Learn how Hardy-Weinberg testing uses allele frequencies, key assumptions, and genetic drift to show whether a population is evolving.

Hardy-Weinberg Tests for Population Change | JoVE K12

new-jersey-student-learning-standards-for-science

New Jersey Student Learning Standards for Science

High School

Life Science

heredity-inheritance-and-variation-of-traits

Heredity: Inheritance and Variation of Traits

HS-LS3-3

Next Generation Science Standards

Florida Department of Education

SC.912.L.15

SC.912.L.15.12

SC.912.L.15.14

new-york-state-science-learning-standards

New York State Science Learning Standards

Inheritance and Variation of Traits

HS-LS3-3.

Natural Selection and Evolution

HS-LS4-1.

HS-LS4-3.

Georgia Standards of Excellence

SB6.d

استعد لتدريس هاردي واينبرغ والانجراف الجيني من خلال هذا الدليل الإرشادي للمدرسين لمدة 2 دقيقة. يغطي خطوات التحضير الأساسية لمختبر Biology على JoVE Lab Manual.

تحضير المدرّس لـ هاردي واينبرغ والانجراف الجيني في Biology - أكثر من 3.2K مشاهدة | JoVE Lab Manual

اتبع إجراءات هاردي واينبرغ والانجراف الجيني خطوة بخطوة في فيديو بروتوكول الطالب هذا لمدة 16 دقيقة. جزء من مجموعة Biology على JoVE Lab Manual.

بروتوكول الطالب لـ هاردي واينبرغ والانجراف الجيني في Biology - أكثر من 8.6K مشاهدة | JoVE Lab Manual

What is Natural Selection?

Natural selection is an evolutionary process in which individuals with survival-promoting traits reproduce at higher rates. These favorable traits become ...

Types of Selection

Natural selection influences the frequencies of particular alleles and phenotypes within populations in several different ways. Primarily, natural ...

Frequency-dependent Selection

When the fitness of a trait is influenced by how common it is (i.e., its frequency) relative to different traits within a population, this is referred to ...

Limits to Natural Selection

Organisms that are well-adapted to their environment are more likely to survive and reproduce. However, natural selection does not lead to perfectly ...

Natural Selection

Fitness
Widespread variation of phenotypes in natural populations provides the raw material for evolution, which is the change in the inherited traits of ...

Simulating Natural Selection
ExpandTo prepare for the lab, set out workstations for each student pair containing 6 white, 6 black, and 13 gray 12 inch ...

Simulating Natural Selection
ExpandTo begin, cut the white, black, and gray pipe cleaners into quarters, which should produce a total of 100 pieces that ...

Artificial Selection

Natural Selection and Adaptive Evolution
In natural settings, adaptive evolution takes place by natural selection, a process in which differences in ...

Observing Artificial Selection in Plants
ExpandTwo weeks before beginning the pollination experiments, collect a sufficient amount of small pots with a ...

Observing Artificial Selection in Plants 
ExpandTo begin the experiment, collect five two-week old grown plants from the generation one population that ...

What is Population Genetics?

A population is composed of members of the same species that simultaneously live and interact in the same area. When individuals in a population breed, ...

Hardy-Weinberg Principle

Diploid organisms have two alleles of each gene, one from each parent, in their somatic cells. Therefore, each individual contributes two alleles to the ...

Mutation, Gene Flow, and Genetic Drift

In a population that is not at Hardy-Weinberg equilibrium, the frequency of alleles changes over time. Therefore, any deviations from the five conditions ...

Genetic Drift

Natural selection&#x2014;probably the most well-known evolutionary mechanism&#x2014;increases the prevalence of traits that enhance survival and ...

Gene Flow

Gene flow is the transfer of genes among populations, resulting from either the dispersal of gametes or from the migration of individuals.

This ...

Evolutionary change is interesting and important to study, but changes in populations occur over long periods of time and in huge physical spaces and are ...


	Mathematical ModelingExpand
	
		
		Before beginning the mathematical modeling exercise make sure each computer has access to an either on or offline ...

Class Simulation
ExpandBegin by opening a new spreadsheet file. Following the Hardy-Weinberg equation where p is the frequency of a dominant allele A in a ...

Mechanisms
• Natural selection
• Mutation
• Genetic drift
• Gene flow (immigration, emigration)
• Sexual selection

Content elaboration: Natural selection is used to describe the process by which traits become more or less common in a population due to consistent environmental pressures upon the survival and reproduction of individuals with the trait. Mathematical reasoning is applied to solve problems (e.g., use Hardy-Weinberg principle to explain deviations in observed gene frequency patterns in a population compared to expected patterns based on the assumptions of the principle). Populations evolve over time. Evolution through natural selection is the consequence of the interactions of:
1. The potential for a population to increase its numbers; 
2. The genetic variability of offspring due to mutation and recombination of genes; 
3. A finite supply of the resources required for life; and 
4. The differential survival and reproduction of individuals based on phenotype(s). 
Mutations are described in the content elaboration for Heredity. Apply the knowledge of mutation and genetic drift to real-world examples. Biological evolution explains the natural origins for the diversity of life. Emphasis shifts from thinking in terms of selection of individuals with a particular trait to changing proportions of a trait in populations as a result of the mechanisms of natural selection, genetic drift, movement of genes into and out of populations and sexual selection.

Taxonomy

Taxonomy is the science of defining and naming groups of biological organisms based on shared characteristics. It uses a hierarchy of increasingly ...

Phylogeny

Phylogeny is concerned with the evolutionary diversification of organisms or groups of organisms. A group of organisms with a name is called a taxon ...

evolutionary-relationships-through-genome-comparisons

Evolutionary Relationships through Genome Comparisons

Genome comparison is one of the excellent ways to interpret the evolutionary relationships between organisms. The basic principle of genome comparison is ...

Genome Copying Errors

DNA replication is a well-evolved process that copies millions of base pairs with high fidelity during each cell division. Occasionally a wrong base or a ...

Phylogenetic Trees

Synteny and Evolution

John H. Renwick first coined the term &#8220;synteny&#8221; in 1971, which refers to the genes present on the same chromosomes, even if they are not ...

Multi-species Conserved Sequences

Next-generation sequencing technologies have created large genomic databases of a variety of animals and plants. Ever since the human genome project was ...

Gene Duplication and Divergence

The seminal work of Ohno in 1970 popularized the idea of gene duplication and divergence. DNA sequence comparison studies reveal that a large portion of ...

Exon Recombination

The evolution of new genes is critical for speciation. Exon recombination, also known as exon shuffling or domain shuffling, is an important means of new ...

comparing-copy-number-variations-and-snps

Comparing Copy Number Variations and SNPs

Sequencing of the human genome has opened up several best-kept secrets of the genome. Scientists have identified thousands of genome variations that exist ...

Speciation
• Biological classification expanded to molecular evidence
• Variation of organisms within a species due to population genetics and gene frequency

Content elaboration: Biological classification expanded to molecular evidence
Classification systems are frameworks, developed by scientists, for describing the diversity of organisms; indicating the degree of relatedness among organisms. Recent molecular sequence data generally support earlier hypotheses regarding lineages of organisms based upon morphological comparisons. Both morphological and molecular comparisons can be used to describe patterns of biodiversity (cladograms present hypotheses to explain descent from a common ancestor with modification). The concept of descent from a common ancestor with modification provides a natural explanation for the diversity of life on Earth as partially represented in the fossil record and in the similarities of existing species. 
Variation of organisms within a species due to population genetics and gene frequency
Different phenotypes result from new combinations of existing genes or from mutations of genes in reproductive cells. At the high school level, the expectation is to combine grade 8 knowledge with an explanation of genes and the function of chromosomes. Natural selection works on the phenotype. Heritable characteristics influence how likely an organism is to survive and reproduce in a particular environment. When an environment changes, the survival value of inherited characteristics may change. This may or may not cause a change in species that inhabit the environment. Use real-world examples to illustrate natural selection, gene flow, sexual selection, and genetic drift.

Speciation

Hardy-Weinberg Tests for Population Change

Description

Transcript

More videos by Standards