Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Часть серии по
Эволюционная биология
Зяблики Дарвина, автор Gould.jpg
Зябликов Дарвина по Джон Гулд
Ключевые темы
Процессы и результаты
Естественная история
История эволюционной теории
Поля и приложения
  • Приложения эволюции
  • Биосоциальная криминология
  • Экологическая генетика
  • Эволюционная эстетика
  • Эволюционная антропология
  • Эволюционные вычисления
  • Эволюционная экология
  • Эволюционная экономика
  • Эволюционная эпистемология
  • Эволюционная этика
  • Эволюционная теория игр
  • Эволюционная лингвистика
  • Эволюционная медицина
  • Эволюционная нейробиология
  • Эволюционная физиология
  • Эволюционная психология
  • Экспериментальная эволюция
  • Филогенетика
  • Палеонтология
  • Селекция
  • Видообразовательные эксперименты
  • Социобиология
  • Систематика
  • Универсальный дарвинизм
Социальные последствия
  • Эволюция как факт и теория
  • Социальные эффекты
  • Споры о сотворении и эволюции
  • Возражения против эволюции
  • Уровень поддержки
  •  Портал эволюционной биологии
  • Категория Категория
  • похожие темы
  • v
  • т
  • е

Генетическое разнообразие - это общее количество генетических характеристик в генетическом составе вида, оно широко варьируется от количества видов до различий внутри видов и может быть отнесено к продолжительности выживания вида. [1] Он отличается от генетической изменчивости , которая описывает тенденцию к изменению генетических характеристик.

Генетическое разнообразие служит способом адаптации населения к меняющимся условиям. При большей вариативности более вероятно, что некоторые особи в популяции будут обладать вариациями аллелей , подходящими для окружающей среды. Эти люди с большей вероятностью выживут, чтобы произвести потомство, несущее этот аллель. Популяция будет продолжаться еще несколько поколений благодаря успеху этих людей. [2]

Академическая область популяционной генетики включает несколько гипотез и теорий относительно генетического разнообразия. Нейтральная теория эволюции предполагает , что разнообразие является результатом накопления нейтральных замен. Диверсифицирующий отбор - это гипотеза о том, что две субпопуляции вида живут в разных средах, которые выбирают разные аллели в определенном локусе. Это может произойти, например, если вид имеет большой ареал относительно мобильности особей внутри него. Частотно-зависимый отбор - это гипотеза о том, что по мере того, как аллели становятся более распространенными, они становятся более уязвимыми. Это происходит во взаимодействиях хозяин-патоген , когда высокая частота защитного аллеля среди«хозяин» означает, что более вероятно распространение патогена , если он сможет преодолеть этот аллель .

Графическое изображение типичного кариотипа человека .

В пределах видового разнообразия [ править ]

Сорта кукурузы в кабинете российского генетика Николая Вавилова

Исследование, проведенное Национальным научным фондом в 2007 году, показало, что генетическое разнообразие (в пределах видового разнообразия) и биоразнообразие зависят друг от друга, т. Е. Что разнообразие внутри вида необходимо для поддержания разнообразия между видами, и наоборот. По словам ведущего исследователя исследования, доктора Ричарда Ланкау, «если какой-либо один тип будет удален из системы, цикл может сломаться, и в сообществе будет доминировать один вид». [3] Генотипическое и фенотипическое разнообразие было обнаружено у всех видов в отношении белков , ДНК и организмов.уровни; в природе это разнообразие неслучайно, сильно структурировано и коррелирует с изменчивостью и стрессом окружающей среды . [4]

Взаимозависимость между генетическим и видовым разнообразием тонкая. Изменения видового разнообразия приводят к изменениям в окружающей среде, что приводит к адаптации остальных видов. Изменения генетического разнообразия, например, исчезновение видов, ведет к утрате биологического разнообразия . [2] Утрата генетического разнообразия в популяциях домашних животных также изучалась и объяснялась расширением рынков и экономической глобализацией . [5] [6]

Эволюционное значение генетического разнообразия [ править ]

Адаптация [ править ]

Изменчивость генофонда популяций позволяет естественному отбору воздействовать на черты, которые позволяют населению адаптироваться к изменяющимся условиям окружающей среды. Отбор по признаку или против признака может происходить при изменении окружающей среды, что приводит к увеличению генетического разнообразия (если новая мутация выбрана и поддерживается) или снижению генетического разнообразия (если отобран невыгодный аллель). [7] Следовательно, генетическое разнообразие играет важную роль в выживании и приспособляемости вида. [8] Способность популяции адаптироваться к изменяющейся среде будет зависеть от наличия необходимого генетического разнообразия [9] [10]Чем больше генетического разнообразия у популяции, тем больше вероятность того, что она сможет адаптироваться и выжить. И наоборот, уязвимость населения к изменениям, таким как изменение климата или новые болезни, будет увеличиваться с уменьшением генетического разнообразия. [11] Например, неспособность коал адаптироваться к борьбе с хламидиями и ретровирусом коалы (KoRV) была связана с низким генетическим разнообразием коал . [12] Это низкое генетическое разнообразие также беспокоит генетиков относительно способности коал адаптироваться к изменению климата и антропогенным изменениям окружающей среды в будущем. [12]

Небольшие группы [ править ]

Большие популяции с большей вероятностью сохранят генетический материал и, следовательно, обычно имеют более высокое генетическое разнообразие. [7] Небольшие популяции с большей вероятностью испытают потерю разнообразия с течением времени по случайности, что называется генетическим дрейфом . Когда аллель (вариант гена) дрейфует до фиксации, другой аллель в том же локусе теряется, что приводит к потере генетического разнообразия. [13] В небольших популяциях более вероятно возникновение инбридинга или спаривания между особями со схожим генетическим составом, таким образом сохраняя более общие аллели до точки фиксации, тем самым уменьшая генетическое разнообразие. [14]Поэтому опасения по поводу генетического разнообразия особенно важны в отношении крупных млекопитающих из-за их небольшого размера популяции и высокого уровня антропогенного воздействия на популяцию. [16]

Генетическое узкое место может произойти , когда популяция проходит через период низкого числа особей, что приводит к быстрому уменьшению генетического разнообразия. Даже при увеличении размера популяции генетическое разнообразие часто остается низким, если весь вид начинался с небольшой популяции, поскольку полезные мутации (см. Ниже) редки, а генофонд ограничен небольшой начальной популяцией. [15] Это важное соображение в области природоохранной генетики при работе над спасенной популяцией или видом, который является генетически здоровым.

Мутация [ править ]

Случайные мутации постоянно порождают генетические вариации . [7] Мутация увеличит генетическое разнообразие в краткосрочной перспективе, так как в генофонд будет введен новый ген. Однако устойчивость этого гена зависит от дрейфа и отбора (см. Выше). Большинство новых мутаций оказывают нейтральное или отрицательное влияние на приспособленность, а некоторые - положительно. [7] Полезная мутация с большей вероятностью сохранится и, таким образом, окажет долгосрочное положительное влияние на генетическое разнообразие. Скорости мутаций различаются по геному, и более крупные популяции имеют более высокие показатели мутаций. [7] В небольших популяциях мутация с меньшей вероятностью сохранится, поскольку с большей вероятностью будет устранена путем дрейфа. [7]

Генетический поток [ править ]

Поток генов , часто за счет миграции, - это перемещение генетического материала (например, пыльца на ветру или миграция птиц). Поток генов может привнести новые аллели в популяцию. Эти аллели можно интегрировать в популяцию, тем самым увеличивая генетическое разнообразие. [16]

Например, у африканских комаров Anopheles gambiae возникла мутация устойчивости к инсектицидам . Миграция некоторых комаров A. gambiae в популяцию комаров Anopheles coluzziin привела к передаче полезного гена устойчивости от одного вида к другому. Генетическое разнообразие было увеличено у A. gambiae за счет мутации, а у A. coluzziin за счет потока генов. [17]

В сельском хозяйстве [ править ]

В посевах [ править ]

Когда люди изначально начали заниматься сельским хозяйством, они использовали селекцию, чтобы передать желательные черты сельскохозяйственных культур, исключая нежелательные. Селективное разведение приводит к монокультурам : целым хозяйствам почти генетически идентичных растений. Незначительное генетическое разнообразие или его отсутствие делает сельскохозяйственные культуры чрезвычайно восприимчивыми к широко распространенным заболеваниям; бактерии постоянно видоизменяются и изменяются, и когда болезнетворная бактерия изменяется, чтобы атаковать конкретную генетическую вариацию, она может легко уничтожить огромное количество видов. Если генетическая вариация, которую бактерия лучше всего атакует, окажется той, которую люди выборочно разводят для использования для сбора урожая, весь урожай будет уничтожен. [18]

Великий голод девятнадцатого века в Ирландии отчасти был вызван отсутствием биоразнообразия. Поскольку новые растения картофеля возникают не в результате воспроизводства, а, скорее, из частей родительского растения, генетическое разнообразие не развивается, а весь урожай является, по сути, клоном одного картофеля, он особенно подвержен эпидемии. В 1840-х годах большая часть населения Ирландии зависела от картофеля в качестве пищи. Они посадили именно «Lumper» разнообразие картофеля, который был восприимчив к гнили , вызывающие оомицетам называется фитофтороз . [19] Гриб уничтожил подавляющую часть урожая картофеля и оставил один миллион человек умирать от голода.

Генетическое разнообразие в сельском хозяйстве связано не только с болезнями, но и с травоядными животными . Точно так же, как в приведенном выше примере, монокультурное сельское хозяйство отбирает признаки, которые одинаковы по всему участку. Если этот генотип чувствителен к определенным травоядным животным, это может привести к потере большой части урожая. [20] [21] Один из способов обойти это фермерство - это выращивание сельскохозяйственных культур . Посадив ряды несвязанных или генетически отличных культур в качестве барьеров между травоядными и их предпочтительным растением-хозяином, фермер эффективно снижает способность травоядных распространяться по всему участку. [22] [23] [24]

В животноводстве [ править ]

Генетическое разнообразие видов домашнего скота позволяет разводить животных в различных средах и с рядом различных целей. Он обеспечивает сырье для программ селективного разведения и позволяет поголовью скота адаптироваться к изменению условий окружающей среды. [25]

Биоразнообразие домашнего скота может быть потеряно в результате исчезновения пород и других форм генетической эрозии . По состоянию на июнь 2014 года из 8774 пород, зарегистрированных в Информационной системе о разнообразии домашних животных ( DAD-IS ), управляемой Продовольственной и сельскохозяйственной организацией Объединенных Наций ( ФАО ), 17 процентов были классифицированы как находящиеся под угрозой исчезновения, а 7 проц уже вымер. [25] В настоящее время существует Глобальный план действий в области генетических ресурсов животных, который был разработан под эгидой Комиссии по генетическим ресурсам для производства продовольствия и ведения сельского хозяйства в 2007 году и который обеспечивает основу и руководящие принципы для управления генетическими ресурсами животных.

Осведомленность о важности сохранения генетических ресурсов животных со временем возросла. ФАО опубликовала два отчета о состоянии мировых генетических ресурсов животных для производства продовольствия и ведения сельского хозяйства , которые содержат подробный анализ нашего глобального разнообразия домашнего скота и способности управлять им и сохранять его.

Вирусные последствия [ править ]

При разработке вакцинации необходимо учитывать высокое генетическое разнообразие вирусов. Высокое генетическое разнообразие затрудняет разработку целевых вакцин и позволяет вирусам быстро эволюционировать, чтобы противостоять летальному исходу вакцинации. Например, на вакцинацию против малярии влияет высокий уровень генетического разнообразия белковых антигенов. [26] Кроме того, генетическое разнообразие ВИЧ-1 ограничивает использование доступных в настоящее время тестов на вирусную нагрузку и резистентность. [27]

Как справиться с низким генетическим разнообразием [ править ]

Фотомонтаж планктонных организмов.
Танзанийский гепард .

Естественный [ править ]

В естественном мире есть несколько способов сохранения или увеличения генетического разнообразия. Среди океанического планктона , вирусы помощи в генетическом процессе переключения. Океанские вирусы, поражающие планктон, несут гены других организмов в дополнение к своим собственным. Когда вирус, содержащий гены одной клетки, заражает другую, генетический состав последней изменяется. Этот постоянный сдвиг генетической структуры помогает поддерживать здоровую популяцию планктона, несмотря на сложные и непредсказуемые изменения окружающей среды. [28]

Гепарды находятся под угрозой исчезновения . Низкое генетическое разнообразие и, как следствие, плохое качество спермы затрудняют размножение и выживание гепардов. Более того, только около 5% гепардов доживают до взрослой жизни [29]. Однако недавно было обнаружено, что самки гепардов могут спариваться с более чем одним самцом на один помет детенышей. Они подвергаются индуцированной овуляции, что означает, что каждый раз, когда самка спаривается, вырабатывается новое яйцо. Спариваясь с несколькими самцами, мать увеличивает генетическое разнообразие детенышей в одном помете. [30]

Человеческое вмешательство [ править ]

Попытки повысить жизнеспособность вида за счет увеличения генетического разнообразия называют генетическим спасением. Например, восемь пантер из Техаса были введены в популяцию пантер во Флориде, которая сокращалась и страдала от депрессии инбридинга. Таким образом, увеличилась генетическая изменчивость, что привело к значительному увеличению популяции флоридской пантеры. [31] Создание или поддержание высокого генетического разнообразия является важным фактором в усилиях по спасению видов, чтобы гарантировать долголетие популяции.

Меры [ править ]

Генетическое разнообразие популяции можно оценить с помощью простых мер.

  • Разнообразие генов - это доля полиморфных локусов в геноме .
  • Гетерозиготность - это доля особей в популяции, гетерозиготных по определенному локусу.
  • Аллели на локус также используются для демонстрации изменчивости.
  • Разнообразие нуклеотидов - это степень полиморфизма нуклеотидов в популяции, которая обычно измеряется с помощью молекулярных маркеров, таких как микро- и минисателлитные последовательности, митохондриальная ДНК [32] и однонуклеотидные полиморфизмы (SNP).

Кроме того, программное обеспечение стохастического моделирования обычно используется для прогнозирования будущего популяции с учетом таких показателей, как частота аллелей и размер популяции. [33]

Генетическое разнообразие также может быть измерено. Различные зарегистрированные способы измерения генетического разнообразия включают: [34]

  • Видовое богатство - это мера количества видов.
  • Обилие видов - относительная мера численности видов.
  • Плотность видов - оценка общего числа видов на единицу площади.

См. Также [ править ]

  • Биоразнообразие
  • Центр разнообразия
  • Генетическая изменчивость
  • Генетическая изменчивость человека
  • Проект человеческого вариома
  • Международный проект HapMap

Ссылки [ править ]

  1. ^ биологический онлайн-словарь, генетическое разнообразие. «Определение и примеры генетического разнообразия» .
  2. ^ а б «Национальная биологическая информационная инфраструктура» . Введение в генетическое разнообразие . Геологическая служба США. Архивировано из оригинального 25 февраля 2011 года . Проверено 1 марта 2011 года .
  3. ^ "Исследование: потеря генетического разнообразия угрожает разнообразию видов" . Проверено 8 мая 2018 .
  4. ^ Невы, Эвьятар (май 2001). «Эволюция разнообразия генома-фенома в условиях стресса окружающей среды» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 98 (11): 6233–6240. DOI : 10.1073 / pnas.101109298 . JSTOR 3055788 . PMC 33451 . PMID 11371642 .   
  5. ^ Жених, MJ; Meffe, GK; Кэрролл, CR (2006). Принципы природоохранной биологии (3-е изд.). Sinauer Associates.Веб-сайт с дополнительной информацией: http://www.sinauer.com/groom/ Архивировано 30 декабря 2006 г. на Wayback Machine
  6. ^ Tisdell, C. (2003). «Социально-экономические причины потери генетического разнообразия животных: анализ и оценка». Экологическая экономика . 45 (3): 365–376. CiteSeerX 10.1.1.571.7424 . DOI : 10.1016 / S0921-8009 (03) 00091-0 . 
  7. ^ Б с д е е Райт, Алан Ф. (сентябрь 2005). Генетическая вариация: полиморфизмы и мутации . Энциклопедия наук о жизни . DOI : 10.1038 / npg.els.0005005 . ISBN 978-0470016176.
  8. ^ Франкхэм, Ричард (ноябрь 2005 г.). «Генетика и вымирание». Биологическая консервация . 126 (2): 131–140. DOI : 10.1016 / j.biocon.2005.05.002 . Скорость эволюционного изменения (R) определяется в первую очередь количественной генетической изменчивостью.
  9. ^ Пуллин, Эндрю С. (2002). Биология сохранения (1-е изд.). Издательство Кембриджского университета. ISBN 9780521644822.
  10. ^ де Вильмерёй, Пьер (2019). «Небольшой адаптивный потенциал у птиц, находящихся под угрозой исчезновения» . Текущая биология . 29 (5): 889-894. DOI : 10.1016 / j.cub.2019.01.072 .
  11. ^ Король, KC; Лайвли, К.М. (июнь 2012 г.). «Ограничивает ли генетическое разнообразие распространение болезни в естественных популяциях хозяев?» . Наследственность . 109 (4): 199–203. DOI : 10.1038 / hdy.2012.33 . PMC 3464021 . PMID 22713998 .  
  12. ^ a b «Остается там: у коал низкое генетическое разнообразие» . ScienceDaily . Проверено 6 июня 2018 .
  13. ^ Франкхэм, Ричард; Баллоу, Джонатан Д.; Бриско, Дэвид А. (2002). Введение в генетику сохранения . Издательство Кембриджского университета.
  14. ↑ Ворона, Джеймс Ф. (март 2010 г.). «Райт и Фишер об инбридинге и случайном дрейфе» . Генетика . 184 (3): 609–611. DOI : 10.1534 / genetics.109.110023 . PMC 2845331 . PMID 20332416 .  
  15. ^ «Низкая генетическая изменчивость» . Актуальность эволюции: сохранение . evolution.berkeley.edu.
  16. ^ "Генный поток" . Механизмы: процессы эволюции . evolution.berkeley.edu.
  17. ^ Тигано, Анна; Фризен, Вики Л. (2016-04-06). «Геномика локальной адаптации с потоком генов». Молекулярная экология . 25 (10): 2144–2164. DOI : 10.1111 / mec.13606 . ISSN 0962-1083 . PMID 26946320 .  
  18. ^ «Введение в генетическое разнообразие» . Фонд сохранения гепардов. 2002 . Проверено 19 марта 2008 года .
  19. ^ «Монокультура и ирландский картофельный голод: случаи отсутствия генетической изменчивости» . Музей палеонтологии Калифорнийского университета . Проверено 8 мая 2018 .
  20. ^ Матсон, Пенсильвания; Партон, WJ; Power, AG; Свифт, MJ (июль 1997 г.). «Интенсификация сельского хозяйства и свойства экосистемы». Наука . 277 (5325): 504–9. CiteSeerX 10.1.1.484.4218 . DOI : 10.1126 / science.277.5325.504 . PMID 20662149 .  
  21. ^ Andow, David A. (1991). «Растительное разнообразие и реакция популяции членистоногих». Ежегодный обзор энтомологии . 36 (1): 561–586. DOI : 10.1146 / annurev.en.36.010191.003021 .
  22. ^ Вандермеер JH (1992). Экология выращивания культур . Издательство Кембриджского университета.
  23. Перейти ↑ Risch S (1980). «Динамика популяций нескольких травоядных жуков в тропической агроэкосистеме: эффект совмещения кукурузы, бобов и кабачков в Коста-Рике». Журнал прикладной экологии . 17 (3): 593–611. DOI : 10.2307 / 2402639 . JSTOR 2402639 . 
  24. ^ Tonhasca A, Бирн Д. (1994). «Влияние диверсификации культур на травоядных насекомых: подход метаанализа». Экологическая энтомология . 19 (3): 239–244. DOI : 10.1111 / j.1365-2311.1994.tb00415.x .
  25. ^ а б «Второй доклад о состоянии мировых генетических ресурсов животных для производства продовольствия и ведения сельского хозяйства» . Рим: Продовольственная и сельскохозяйственная организация Объединенных Наций. 2015 г.
  26. ^ Такала, SL; Плау, CV (сентябрь 2009 г.). «Генетическое разнообразие и дизайн вакцины против малярии, тестирование и эффективность: предотвращение и преодоление« вакцинорезистентной малярии » » . Иммунология паразитов . 31 (9): 560–573. DOI : 10.1111 / j.1365-3024.2009.01138.x . PMC 2730200 . PMID 19691559 .  
  27. ^ Peeters, M .; Aghokeng, AF; Делапорте, Э. (октябрь 2010 г.). «Генетическое разнообразие среди подтипов вируса иммунодефицита человека-1 не-B в вирусной нагрузке и анализах устойчивости к лекарствам». Клиническая микробиология и инфекция . 16 (10): 1525–1531. DOI : 10.1111 / j.1469-0691.2010.03300.x . PMID 20649800 . 
  28. ^ «Ученые обнаруживают взаимодействие между генами и вирусами в крошечном океаническом планктоне» . Национальный фонд науки. 23 марта 2006 . Проверено 12 декабря 2008 года .
  29. ↑ Стивенс Т (10 августа 1998 г.). «Исследование показывает, что смерть детенышей гепарда мало влияет на популяцию» . Токи . Калифорнийский университет в Санта-Крус. Архивировано из оригинального 6 -го января 2001 года . Проверено 26 августа 2020 года .
  30. ^ Филдс, Джонатан (29 мая 2007). «Гепарды-обманщики, пойманные по ДНК» . BBC News . Проверено 12 декабря 2008 года .
  31. ^ Пимм, SL; Доллар, л .; Бас, OL (май 2006 г.). «Генетическое спасение пантеры Флориды» . Сохранение животных . 9 (2): 115–122. DOI : 10.1111 / j.1469-1795.2005.00010.x .
  32. ^ Kawabe, K .; Worawut, R .; Таура, С .; Shimogiri, T .; Nishida, T .; Окамото, С. (01.01.2014). «Генетическое разнообразие полиморфизмов D-петли мтДНК в лаосских коренных популяциях птиц» . Азиатско-Австралазийский журнал наук о животных . 27 (1): 19–23. DOI : 10,5713 / ajas.2013.13443 . PMC 4093284 . PMID 25049921 .  
  33. ^ Хобан, Шон (2014-04-30). «Обзор полезности программного обеспечения моделирования популяций в молекулярной экологии» . Молекулярная экология . 23 (10): 2383–2401. DOI : 10.1111 / mec.12741 . PMID 24689878 . 
  34. ^ разнообразие, измерение. «измерение видового разнообразия» (PDF) .

Внешние ссылки [ править ]

  • Осуществление Глобального плана действий в области генетических ресурсов животных
  • Информационная система о разнообразии домашних животных
  • Комиссия по генетическим ресурсам для производства продовольствия и ведения сельского хозяйства