هاردي واينبرغ والانجراف الجيني

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.