Name: genetic drift simulation and hardy-weinberg lab prep
Uploaded: 2019-01-31T09:26:08.000Z
Duration: 1 min 53 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

<ul><li><a href="#" data-time="7">Matematiksel Modelleme
</a></li><li><a href="#" data-time="21">Hardy-Weinberg ve Genetik Sürüklenme için Simülasyon
</a></li></ul>

<ul class="lab-items"><li data-lab-item="1">
								<div class="ingredient" data-value="Renkli boncuklar (her renk, 10 farklı renk)">Renkli boncuklar (her renk, 10 farklı renk)</div>
								<div class="içerik-miktarı">
									<span class="amount" veri-değeri="500">500</span>
									<span class="unit" data-value=""></span>
								</div>
							</li><li data-lab-item="1">
								<div class="ingredient" data-value="Elektronik tablo özelliğine sahip dizüstü bilgisayar">Elektronik tablo özelliğine sahip dizüstü bilgisayar</div>
								<div class="içerik-miktarı">
									<span class="amount" veri-değeri="5">5</span>
									<span class="unit" data-value=""></span>
								</div>
							</li><li data-lab-item="1">
								<div class="ingredient" data-value="Kağıt torba">Kağıt torba</div>
								<div class="içerik-miktarı">
									<span class="amount" veri-değeri="5">5</span>
									<span class="unit" data-value=""></span>
								</div>
							</li><li data-lab-item="1">
								<div class="ingredient" data-value="Boncuklar için ekstra plastik kaplar">Boncuklar için ekstra plastik kaplar</div>
								<div class="içerik-miktarı">
									<span class="amount" veri-değeri="5">5</span>
									<span class="unit" data-value=""></span>
								</div>
							</li><li data-lab-item="1">
								<div class="ingredient" data-value="Kağıt tabağı">Kağıt tabağı</div>
								<div class="içerik-miktarı">
									<span class="amount" veri-değeri="5">5</span>
									<span class="unit" data-value=""></span>
								</div>
							</li></ul>

hardy-weinberg ve genetik sürüklenme

<ol class="not-öğeleri">
	<li data-note-item="1" data-parent-collapse="">Matematiksel Modelleme<button class="expand">Expand</button>
	<ul class="laboratuvar öğeleri">
		<li veri-alt not-öğesi = "1-1">
		<div class="lab-step">Matematiksel modelleme alıştırmasına başlamadan önce, her bilgisayarın çevrimiçi veya çevrimdışı bir elektronik tablo yazılım programına erişimi olduğundan emin olun.</div>
		</li>
	</ul>
	</li>
	<li data-note-item="2" data-parent-collapse="">Hardy-Weinberg ve Genetik Sürüklenme için Simülasyon<button class="expand">Expand</button>
	<ul class="laboratuvar öğeleri">
		<li veri-sub-note-item="2-1">
		<div class="lab-step">Bir renkten 50 ve ardından ikinci renkten 50 tane sayarak toplam 100 boncuk olacak şekilde her öğrenci çifti için bir boncuk seti hazırlayın.</div>
		</li>
		<li veri-sub-note-item="2-2">
		<div class="lab-step">Ardından boncukları bir kese kağıdına koyun.</div>
		</li>
		<li veri-sub-note-item="2-3">
		<div class="lab-step">Öğrencilerin ayrıca popülasyon yapısını ayarlamak için ekstra boncuklara ihtiyacı olacaktır ve bunlar tüm sınıf için ortak bir kapta sağlanabilir veya eğitmenler her öğrenci çifti için ek setler oluşturabilir.</div>
		</li>
		<li veri-sub-note-item="2-4">
		<div class="lab-step">Ardından, kağıt parçaları oluşturun ve bunların üzerine Hardy-Weinberg Dengesi'nin ihlallerini test edecek farklı deneysel senaryoları yazın.</div>
		</li>
		<li veri-sub-note-item="2-5">
		<div class="lab-step">Ardından, öğrencilerin hangi genetik sürüklenme senaryosunu test edeceğini belirlemek için ikinci bir kağıt fiş seti oluşturun.</div>
		</li>
		<li veri-sub-note-item="2-6">
		<div class="lab-step">Son olarak, şeritlerde listelenen deneysel senaryolar için gereken ek boncukları belirleyin.</div>
		</li>
		<li veri-sub-note-item="2-7">
		<div class="lab-step">NOT: Mutasyon ihlali için üçüncü renkte fazladan 50 boncuk ve gen akışı senaryosu için ilk iki renkte fazladan 100 boncuk seti gerekecektir. 10 alel ile kurucu etkisini ve 10 alel ile doğal afet senaryolarını simüle etmek için 10 farklı renkten rastgele 100 boncuk seçin.</div>
		</li>
	</ul>
	</li>
</ol>

<div class="section-question"><h4 class="question-sect">Hardy-Weinberg ilkesi nedir ve neden faydalıdır?</h4><p>Hardy-Weinberg ilkesi, evrimin yokluğunda, bir popülasyonun alel frekanslarının nesiller boyunca aynı kalacağını belirtir. Bu ilke, popülasyon genetiği için boş bir model olarak kullanılır ve bilim adamlarının evrimsel mekanizmaları anlamalarını sağlar.
</p></div><div class="section-question"><h4 class="question-sect">Hardy-Weinberg dengesi nasıl hesaplanır?</h4><p>Hardy-Weinberg dengesi, dengedeki genotip frekanslarını hesaplamak içi...

Hardy-Weinberg ve Genetik Sürüklenme


Matematiksel ModellemeGenişletmek
	
Matematiksel modelleme alıştırmasına başlamadan önce, her bilgisayarın çevrimiçi veya çevrimdışı bir bilgisayara erişimi olduğundan emin olun.

Education

JoVE Lab Manual

Biyoloji

Evrim

Lab Manual Sub Articles

Laboratuvar Kılavuzu Alt Maddeleri

genetic drift simulation and hardy-weinberg lab prep

<p class="jove_content">Genetic drift simulation and Hardy-Weinberg lab prep use beads and spreadsheet software to model changes in allele frequencies. Before starting the mathematical modeling exercise, make sure each computer has access to either online or offline spreadsheet software.</p>

<p class="jove_content">For the simulation, prepare one set of beads for each pair of students. Count out 50 beads of one color and 50 beads of a second color for a total of 100 beads, and place them in a paper bag. Students will also need extra beads to adjust the population makeup, and those can be kept in a shared class container or set up as additional bead sets for each pair.</p>

<p class="jove_content">Next, create paper slips that list the experimental scenarios used to test violations of Hardy-Weinberg equilibrium. Make a second set of slips to choose which genetic drift scenario the students will test. Set out any extra beads needed for those scenarios. A mutation violation needs 50 additional beads in a third color, and a gene flow scenario needs an extra set of 100 beads in the first two colors.</p>

<p class="jove_content">For the founder effect with 10 alleles and the natural disaster with 10 alleles, randomly select 100 beads from 10 different colors. This setup lets students compare how different population changes affect the model during the Hardy-Weinberg and genetic drift activity.</p>

Genetic Drift Simulation and Hardy-Weinberg Lab Prep

genetic-drift-simulation-and-hardy-weinberg-lab-prep

hardy-weinberg and genetic drift

Allele Frequency Shifts in Small Populations

Allele frequency shifts in small populations can be explored with the Hardy-Weinberg equation and genetic drift. In this activity, students model how dominant and recessive alleles change from one generation to the next. They use both a spreadsheet simulation and a bead-based lab to track those changes over time.<br /><br />The spreadsheet model begins with p, the frequency of allele A, and q, the frequency of allele B. Students enter starting values, then use random formulas and a concatenate function...

Genetic drift simulation and Hardy-Weinberg lab prep use beads and spreadsheet software to model changes in allele frequencies. Before starting the mathematical modeling exercise, make sure each computer has access to either online or offline spreadsheet software.<br /><br />For the simulation, prepare one set of beads for each pair of students. Count out 50 beads of one color and 50 beads of a second color for a total of 100 beads, and place them in a paper bag. Students will also need extra beads to...

lab manual sub articles

Set up a Hardy-Weinberg and genetic drift simulation with beads, paper slips, and spreadsheet software. Includes mutation, gene flow, founder effect, and natural disaster scenarios.

Genetic Drift Simulation and Hardy-Weinberg Lab Prep | JoVE K12

Next Generation Science Standards

High School

Life Science

heredity-inheritance-and-variation-of-traits

Heredity: Inheritance and Variation of Traits

HS-LS3-3

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

<p>Bilim adamları bir zamanlar ten rengi zürafa lekeleri gibi baskın özelliklerin neden her nesilde daha sık hale gelmediğini ve koyu kahverengi lekeler gibi çekinik özelliklerin yerini almadığını merak ettiler. Bu muamma hakkında düşünürken, 1908'de birbirlerinden bağımsız olarak, Godfrey H. Hardy ve Wilhelm Weinberg birbirlerinden bağımsız olarak, bugün Hardy-Weinberg İlkesi olarak bilinen ve bu denklemle temsil edilen bir teori türettiler. </p>
<p>İlke, evrimin yokluğunda, yani dengede, bir popülasyonun alel ve genotip frekanslarının bir nesilden diğerine sabit kalacağını belirtir. Bu denklemi anlamak için zürafa örneğine geri dönelim. Büyük harf A, baskın olduğu için ten rengi aleli temsil eder ve küçük harf a, çekinik olduğu için kahverengi alel içindir. Bu iki alelin popülasyondaki sıklığı sırasıyla p ve q olarak belirlenmiştir. Peki alel frekansını nasıl bilebiliriz? Her bireyin iki aleli vardır. Bu örnekte, gen havuzundaki alellerin %40'ı ten rengidir. Bu nedenle, tan alelinin frekansı, p, 0.4'tür ve kahverengi alelin frekansı, q, 0.6'dır. P artı q'nun her zaman bire eşit olduğuna dikkat edin. </p>
<p>Şimdi Hardy-Weinberg denklemine geri dönelim. Denklemdeki her terim bir genotip frekansını temsil eder. Homozigot baskın genotipin frekansı p karedir ve homozigot çekinik q kare ile temsil edilir. Heterozigot genotip iki pq'dur. Burada iki ile çarpmamızın nedeni, heterozigot bir genotip oluşturmanın iki farklı yolu olmasıdır. Birlikte, bunların hepsi genotiplerin %100'ünü temsil eder. Böylece, toplam bir frekans. Zürafa örneğimizdeki p ve q değerlerini kullanarak, zürafa popülasyonumuzdaki renk geni alellerinin genotip dağılımını belirleyebiliriz. Bu nedenle, Hardy-Weinberg Prensibine göre, dengede zürafa popülasyonunun %16'sı homozigot baskın, %48'i heterozigot ve %36'sı homozigot çekinik olacaktır. </p>
<p>Bu dengeyi korumak için Hardy-Weinberg Denge İlkesi, bir popülasyonun beş ana varsayımı karşılaması gerektiğini belirtir. Rastgele çiftleşme, büyük popülasyon büyüklüğü, mutasyon olmamalı, söz konusu gen üzerinde seçim olmamalı ve popülasyonun içine veya dışına gen akışı olmamalıdır. Çoğu doğal popülasyon bu varsayımlardan en az birini ihlal eder ve bu nedenle denge nadirdir... ancak buna rağmen, ilke popülasyon genetiği için boş bir model olarak kullanılır. Bu beklenen değerleri bir popülasyondaki gerçek genotip frekansı ile karşılaştırarak, o popülasyonun Hardy-Weinberg Dengesinde olup olmadığı belirlenebilir. Değilse, bu, alel frekansında bir tür evrim veya değişimin meydana geldiği anlamına gelir. </p>
<p>Evrimle ilgili genel bir yanılgı, evrimin gerçekleşmesi için doğal seçilimin gerekli olduğudur. Ancak, bu her zaman böyle değildir. Genetik sürüklenme, evrimin doğal seçilim olmadan gerçekleşebileceği bir mekanizmadır. Şansa bağlı olarak bir popülasyonun alel frekansındaki değişiklik olarak tanımlanır. Bunu tasavvur etmek için, bir zürafa popülasyonu örneğine geri dönelim ve ten rengi ve kahverengi alellerinin iki farklı renkteki bilyelerle temsil edildiğini hayal edelim. Burada her rengin eşit derecede bol başladığını varsayacağız. Bu popülasyondan yeni bir nesil başlatacak olsaydık, birey çiftleri yetiştirmemiz ve böylece çift başına dört alel arasından seçim yapmamız gerekirdi. Rastgele bir üreme çifti seçersek, her renkten iki bilye elde edebiliriz. Bununla birlikte, yalnızca şans eseri, bazı eşleşmelerde yalnızca bir renk mermer veya bir renkten üç ve diğerinden biri olacaktır. Yeni bir nesil oluşturmak için çoklu eşleşmelerde 50-50 arasındaki bu şans sapmaları, bir sonraki neslin artık her bir alelin eşit bir karışımına sahip olmadığı anlamına gelebilir. </p>
<p>Genetik sürüklenmeyi tanımlayan, zaman içindeki göreceli alel frekanslarının bu değişimidir. Bu nedenle, alel frekansının, ısıyı emme yeteneğinin artması nedeniyle daha soğuk iklimlerde daha iyi hayatta kalan daha fazla miktarda melanin içeren uğur böceği gibi, çevreye uygun özellikleri seçmek için değiştiği uyarlanabilir evrimin aksine, genetik sürüklenme, tamamen stokastik değişimden kaynaklanan bir tür evrimi temsil eder. Örneğin, bir popülasyonun bir bölümünün felaket bir olay yoluyla rastgele kaldırılması. </p>
<p>Bu laboratuvarda, Hardy-Weinberg Dengesi ve bir popülasyondaki genetik sürüklenmenin bilgisayar ve renkli boncuk simülasyonlarını gerçekleştirecek ve ardından denge varsayımları ihlal edildiğinde ne olduğunu test edeceksiniz.</p>

hardy-weinberg tests for population change

<p class="jove_content">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.</p>

<p class="jove_content">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.</p>

<p class="jove_content">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.</p>

<p class="jove_content">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.</p>

<p class="jove_content">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%.</p>

<p class="jove_content">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.</p>

<p class="jove_content">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.</p>

Hardy-Weinberg Tests for Population Change

Evrimsel değişimin incelenmesi ilginç ve önemlidir, ancak popülasyonlardaki değişiklikler uzun süreler boyunca ve büyük fiziksel alanlarda meydana gelir ve ...

hardy-weinberg-tests-for-population-change

JoVE Lab Manual üzerindeki bu Biology değerlendirme sınavı ile Hardy-Weinberg ve Genetik Sürüklenme konusundaki anlayışınızı test edin. Öğrenci öğrenimini değerlendirmek üzere tasarlanmış video tabanlı sorularla önemli kavramları kapsar.

Hardy-Weinberg ve Genetik Sürüklenme - Değerlendirme Testi | JoVE Lab Manual

16 dakikalık bu öğrenci protokol videosunda Hardy-Weinberg ve Genetik Sürüklenme prosedürlerini adım adım takip edin. JoVE Lab Manual üzerindeki Biology koleksiyonunun bir parçasıdır.

Biology içinde Hardy-Weinberg ve Genetik Sürüklenme Öğrenci Protokolü - 8.6K+ Görüntülenme | 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

Genetic Drift Simulation and Hardy-Weinberg Lab Prep

Learning Objectives

Hardy-Weinberg ilkesi nedir ve neden faydalıdır?

Lab Prep

Transcript

Tags

More videos by Standards