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

מדענים תהו פעם מדוע תכונות דומיננטיות כמו כתמי ג'ירפה בצבע שזוף אינן הופכות תכופות יותר עם כל דור ומחליפות תכונות רצסיביות כמו כתמים חומים כהים. במחשבה על חידה זו, בשנת 1908, ללא תלות זה בזה, גודפרי הרדי ווילהלם ויינברג גזרו באופן עצמאי תיאוריה, הידועה כיום בשם עקרון הארדי-ויינברג ומיוצגת על ידי משוואה זו. 
העיקרון קובע כי בהיעדר אבולוציה, כלומר בשיווי משקל, תדרי האלל והגנוטיפ של אוכלוסייה יישארו קבועים מדור לדור. כדי להבין את המשוואה הזו, נחזור לדוגמה של הג'ירפה. אות גדולה A מייצגת את האלל השזוף מכיוון שהוא דומיננטי, ואות קטנה a מייצגת את האלל החום מכיוון שהוא רצסיבי. שכיחותם של שני אללים אלה באוכלוסייה מסומנת כ-p ו-q בהתאמה. אז איך נדע את תדירות האלל? ובכן, לכל אדם יש שני אללים. בדוגמה זו, 40% מהאללים במאגר הגנים הם שזופים. לפיכך, תדירות האלל השזוף, p, היא 0.4, ותדירות האלל החום, q, היא 0.6. שים לב ש- p ועוד q תמיד שווים לאחד. 
עכשיו נחזור למשוואת הארדי-ויינברג. כל מונח במשוואה מייצג תדירות גנוטיפ אחת. התדירות של הגנוטיפ ההומוזיגוטי הדומיננטי היא p בריבוע, והרצסיבי ההומוזיגוטי מיוצג על ידי q בריבוע. הגנוטיפ ההטרוזיגוטי הוא שני pq. הסיבה שאנו מכפילים כאן בשניים היא שיש שתי דרכים שונות ליצירת גנוטיפ הטרוזיגוטי. יחד, כל אלה מייצגים 100% מהגנוטיפים. לפיכך, תדירות כוללת של אחד. באמצעות הערכים עבור p ו-q מדוגמת הג'ירפה שלנו, אנו יכולים לקבוע את התפלגות הגנוטיפ של אללי גן הצבע באוכלוסיית הג'ירפות שלנו. לכן, על פי עקרון הארדי-ויינברג, בשיווי משקל, 16% מאוכלוסיית הג'ירפות יהיו הומוזיגוטיות דומיננטיות, 48% יהיו הטרוזיגוטיות ו-36% הומוזיגוטיות רצסיביות. 
כדי לשמור על איזון זה, עקרון שיווי המשקל הארדי-ויינברג קובע כי אוכלוסייה צריכה לעמוד בחמש הנחות עיקריות. צריכה להיות הזדווגות אקראית, גודל אוכלוסייה גדול, אין מוטציה, אין ברירה על הגן המדובר, ואין זרימת גנים לתוך האוכלוסייה או החוצה ממנה. רוב האוכלוסיות הטבעיות מפרות לפחות אחת מההנחות הללו ולכן שיווי משקל הוא נדיר... אך למרות זאת, העיקרון משמש כמודל בטל לגנטיקה של אוכלוסיות. על ידי השוואת ערכים צפויים אלה לתדירות הגנוטיפ בפועל באוכלוסייה, ניתן לקבוע אם אוכלוסייה זו נמצאת בשיווי משקל הארדי-ויינברג. אם לא, אז זה אומר שצורה כלשהי של אבולוציה או שינוי בתדירות האלל מתרחשת. 
תפיסה מוטעית כללית לגבי האבולוציה היא שהיא דורשת ברירה טבעית כדי להתרחש. עם זאת, זה לא תמיד כך. סחף גנטי הוא מנגנון אחד שבאמצעותו אבולוציה יכולה להתרחש ללא ברירה טבעית. הוא מוגדר כשינוי בתדירות האלל של אוכלוסייה עקב מקריות. כדי לדמיין זאת, בואו נחזור לדוגמה של אוכלוסיית הג'ירפות ונדמיין את האללים שלהם של שיזוף וחום מיוצגים על ידי גולות בשני צבעים שונים. נניח כאן שכל צבע מתחיל בשפע שווה. אם היינו מתחילים דור חדש מתוך אוכלוסייה זו, היינו צריכים להרבות זוגות של פרטים וכך לבחור מתוך ארבעה אללים לזוג. אם נבחר זוג רבייה באופן אקראי, אנו עשויים למצוא את עצמנו עם שתי גולות מכל צבע. עם זאת, במקרה בלבד, זיווגים מסוימים יהיו רק שיש בצבע אחד, או שלושה של צבע אחד ואחד של השני. סטיות מקריות אלה מ-50-50 על פני זיווגים מרובים כדי ליצור דור חדש עשויות לגרום לכך שבדור הבא כבר אין תערובת שווה של כל אלל. 
השונות הזו של תדרי האלל היחסיים לאורך זמן היא שמגדירה את הסחף הגנטי. לכן, בניגוד לאבולוציה אדפטיבית, שבה תדירות האלל משתנה כדי לבחור תכונות המתאימות לסביבה, כמו פרות משה רבנו עם כמות גדולה יותר של מלנין ששורדים טוב יותר באקלים קר יותר בגלל יכולת משופרת לספוג חום, סחף גנטי מייצג סוג של אבולוציה הנובעת אך ורק משינוי סטוכסטי. לדוגמה, הסרה אקראית של חלק מאוכלוסייה באמצעות אירוע קטסטרופלי. 
במעבדה זו תבצעו סימולציות מחשב וחרוזים צבעוניים של שיווי משקל הארדי-ויינברג וסחף גנטי באוכלוסייה, ולאחר מכן תבדקו מה קורה כאשר הנחות שיווי המשקל מופרות.

הארדי-ויינברג והסחף הגנטי

שינויים אבולוציוניים מעניינים וחשובים למחקר, אך שינויים באוכלוסיות מתרחשים לאורך תקופות זמן ארוכות ובמרחבים פיזיים עצומים ולכן קשה מאוד למדוד אותם. באופן כללי, חקר תופעות כאלה דורש שימוש במודלים מתמטיים הנבנים באמצעות פרמטרים הניתנים למדידה נוחה. מודלים אלה משמשים לאחר מכן לביצוע תחזיות לגבי האופן שבו שינויים במערכת עשויים להשפיע על התוצאה. 
לדוגמה, שינויים בתדירות האללים הגנטיים באתרים בודדים במינים נצפים לעתים קרובות על פני תקופות זמן ארוכות, אך בדרך כלל אינם ניתנים לצפייה על פני תקופות זמן קצרות. השימוש במודלים ממוחשבים מאפשר לחוקרים לחזות שינויים בתוך מאגר הגנים של המין באמצעות תצפיות שכבר נאספו, ולאפשר סימולציות של מספר בלתי מוגבל של דורות של האוכלוסייה. זה בוודאי לא יהיה אפשרי בתוך חיי אדם.
<h4>עקרון שיווי משקל הארדי-ויינברג</h4>
משוואה אחת המשמשת למידול אוכלוסיות היא משוואת שיווי משקל הארדי-ויינברג. הוא נוסח באופן עצמאי בשנת 1908 על ידי G. H. Hardy ו- Wilhelm Weinberg1,2. המשוואה הפשוטה מתארת את תדירות האלל הצפויה של אוכלוסייה שאינה מתפתחת. מכיוון שרוב האוכלוסיות בחיים האמיתיים מתפתחות בתגובה לכוחות הברירה הטבעית, נוסחה זו פועלת כהשערת אפס שימושית. הוא משמש כדי לבדוק אם סוגים שונים של בחירה מתרחשים, או לא, מתרחשים. אם תדרי האלל הנמדדים שונים מאלה שנחזו באמצעות משוואת הארדי-ויינברג, הרי שהגן המדובר עובר שינוי אבולוציוני.
ניתן לייצג את משוואת הארדי-ויינברג כ-p2 + 2pq + q2 = 1 כאשר p מייצג את התדירות של האלל הדומיננטי ו-q מייצג את התדירות של האלל הרצסיבי עבור הגן המדובר. כל ביטוי במשוואה מייצג את התדירות החזויה של אחד משלושת הגנוטיפים הדיפלואידים האפשריים. תדירות הומוזיגוטית דומיננטית מיוצגת על ידי p2, רצסיבית הומוזיגוטית על ידי q2, והטרוזיגוטית על ידי 2pq. אם מסכמים את התדרים האלה, זה מסתכם ב-1, וזה הגיוני מכיוון שכל האוכלוסייה חולקה לשלוש הקטגוריות הזמינות.
ניתן גם לתאר את האוכלוסייה, או מאגר הגנים, במונחים של שני האללים, ללא קשר לאופן שבו הם ארוזים לפרטים דיפלואידיים. משוואה זו מיוצגת כ- p + q = 1, כלומר, התדרים של האללים הדומיננטיים והרצסיביים חייבים להצטבר ל -1 בתוך האוכלוסייה. שוב, זה הגיוני, שכן המודל כולל רק שתי אפשרויות אלל. שימו לב שתדירות הגנוטיפים באוכלוסייה היא רק ההתפשטות הריבועית של תדירות האללים באוכלוסייה כי (p + q)2 = p2 + 2pq + q2.
משוואת הארדי-ויינברג, כמו רוב המודלים האחרים, דורשת שורה של הנחות. באופן שימושי, אם הנתונים בחיים האמיתיים שונים מהנתונים החזויים, ניתן לשער איזו מהנחות המוצא הייתה שגויה. ההנחות של משוואות שיווי משקל הארדי-ויינברג הן: 1) האוכלוסייה גדולה מאוד, 2) האוכלוסייה סגורה, כלומר אין פרטים שמהגרים לתוך האוכלוסייה או מהגרים ממנה, 3) אין מוטציות המתרחשות בגן המדובר, 4) פרטים בתוך האוכלוסייה מזדווגים באופן אקראי – פרטים אינם בוחרים את בני זוגם, 5) הברירה הטבעית אינה מתרחשת. שוב, יש לזכור כי משוואת שיווי משקל הארדי-ויינברג היא השערת אפס. לעתים קרובות, אוכלוסיות אמיתיות מפרות אחת או יותר מההנחות הללו. המשוואה משמשת כדי לקבוע אם וכיצד מתרחשת האבולוציה.
<h4>סחף גנטי</h4>
באוכלוסייה קטנה יחסית, מצב המפר את הנחת הארדי-ויינברג הראשונה, ייתכן שתדרי האלל נבעו ממקרה. תופעה זו מכונה סחף גנטי. גרסה אחת של זה מכונה אפקט המייסד. אם מספר קטן של פרטים יעברו למקום מבודד ויפתחו אוכלוסייה חדשה, הגנטיקה הספציפית של אותם פרטים תעצב את הדורות הבאים. מאגר גנים קטן חדש זה עשוי להיות בעל תדירות אלל זהה לזו של המקור, אך ייתכן, ואפילו סביר, שלא. נניח שהאוכלוסייה המקורית כללה 50% אללים דומיננטיים ו-50% רצסיביים. באופן קיצוני, אם כל הפרטים בקבוצת מייסדים נודדת הם הומוזיגוטים רצסיביים, אז האלל הדומיננטי אבד לחלוטין והרצסיבי הוא כעת 100%. תופעה דומה, הנקראת אפקט צוואר הבקבוק, יכולה להתרחש אם אוכלוסייה סופגת ירידה גדולה במספרים עקב אסון טבע, התערבות אנושית או מחלה.
חשוב לציין, סחף גנטי מייצג סוג של אבולוציה שאינה בהכרח אדפטיבית. הוא אינו בוחר באופן ספציפי תכונות המתאימות לסביבה. עם זאת, זהו כוח אבולוציוני חשוב בעיצוב אוכלוסיות עם מספר קטן של פרטים ויגרום לסטיות מהתחזיות של הארדי-ויינברג. באוכלוסיות גדולות יותר, סטיות מהתחזיות צפויות יותר להעיד על כך שהאוכלוסייה המדוברת עוברת אבולוציה באמצעות ברירה טבעית. בנסיבות אלה, ניתן לבחון את המנגנונים הגורמים להתפתחות זו.
היישומים המודרניים של מודל הארדי-ויינברג כוללים ניתוח של אוכלוסיות בני אדם ובעלי חיים במונחים של האופן שבו מערכת החיסון שלהם קשורה לרגישותם למחלות זיהומיות3,4. קבוצות מחקר רבות מקטלגות גנים המקודדים מולקולות ספציפיות של מערכת החיסון, כגון CCR5 וקומפלקס ההיסטותאימות העיקרי (MHC, הידוע בבני אדם כאנטיגן לויקוציטים אנושי (HLA), ומקשרים מידע זה למחקרים אפידמיולוגיים בנוגע למחלה והתקדמותה3,5-6. מהשוואת שני סוגים אלה של מערכי נתונים, מתגלים דפוסים המראים כי אנשים מסוימים עמידים גנטית לזיהומים מסוימים בעוד שאחרים נוטים יותר להיכנע למחלה4. המודל של הארדי וויינברג היה חיוני לניתוח נתונים אלה ותרם להבנתנו כיצד זיהומים עיצבו את האבולוציה.
<h4>הפניות</h4>
<ol class="references">
	<li>Hardy, G. H. (יולי 1908). "פרופורציות מנדליאניות באוכלוסייה מעורבת" (PDF). מדע. 28 (706): 49–50. doi:10.1126/science.28.706.49. ISSN 0036-8075. PMID 17779291.</li>
	<li>ויינברג, ו. (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. בדיקת שיווי משקל הארדי-ויינברג במערכת HLA. ביומטריה. יוני 1990; 46(2):415-26. PMID של PubMed: 2364131.</li>
	<li>פיליפס KP, כבל J, מוחמד RS, et al. חידוש אימונוגנטי מעניק יתרון סלקטיבי בקו-אבולוציה של פונדקאי-פתוגן. Proc Natl Acad Sci U S A. 2018; 115(7):1552-1557.</li>
	<li>Lim JK, Glass WG, McDermott DH, Murphy PM CCR5: כבר לא גן 'טוב לחינם' - שליטה כימוקינה של זיהום בנגיף הנילוס המערבי. מגמות אימונוליות. יולי 2006; 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>סנטיאגו רודריגז, טום ר. גונט ואיאן נ. מ. דיי. Hardy-Weinberg Equilibrium Testing of Biological Ascertainment for Mendelian Randomization Studies. American Journal of Epidemiology Advance Access פורסם ב-6 בינואר 2009, DOI 10.1093/aje/kwn359. http://www.oege.org/software/hwe-mr-calc.html</li>
</ol>
<h4>לקריאה נוספת</h4>
אנדרוז, ג. (2010) עקרון הארדי-ויינברג. ידע חינוך טבע 3(10):65 https://www.nature.com/scitable/knowledge/library/the-hardy-weinberg-principle-13235724

שינוי אבולוציוני מעניין וחשוב למחקר, אך שינויים באוכלוסיות מתרחשים לאורך תקופות זמן ארוכות ובמרחבים פיזיים עצומים והם ...

Education

JoVE Lab Manual

ביולוגיה

אבולוציה

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

התכוננו ללמד את הארדי-ויינברג והסחף הגנטי עם מדריך מדריכים זה באורך 2 דקות. כולל שלבי הכנה מרכזיים עבור מעבדת Biology ב-JoVE Lab Manual.

הכנת מדריך עבור הארדי-ויינברג והסחף הגנטי ב-Biology - 3.2K+ צפיות | JoVE Lab Manual

עקבו אחר הנהלים של הארדי-ויינברג והסחף הגנטי שלב אחר שלב בסרטון פרוטוקול סטודנטים זה באורך 16 דקות. חלק מאוסף Biology ב-JoVE Lab Manual.

פרוטוקול סטודנטים עבור הארדי-ויינברג והסחף הגנטי ב-Biology - 8.6K+ צפיות | 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