Основні теоретичні відомості та методичні поради. Популяцією називають групу організмів одного виду, що заселяють певну територію і розмножуються ізольовано від інших популяцій того ж виду.

Популяцією називають групу організмів одного виду, що заселяють певну територію і розмножуються ізольовано від інших популяцій того ж виду.

Виділяють ідеальні і реальні популяції. Ідеальна популяція складається із безмежної кількості особин, між якими можливі вільні випадкові схрещування без будь-яких обмежень, тобто в такій популяції здійснюється вільне схрещування або панміксія. Така популяція повністю ізольована і на неї не діють ніякі фактори, що можуть змінювати її структуру. Але ідеальних популяцій у природі не існує. На популяції завжди діють фактори зовнішнього середовища, вони завжди обмежені як чисельністю особин, так і ступенем вираженості панміксії. Панміксія може бути повною, частково обмеженою і відсутньою у випадку самозапліднення та безстатевого розмноження. Однак поняття ідеальної популяції дуже важливе, бо його використовують для порівняльних оцінок, а також як модель для математичних розрахунків, що так необхідні в генетиці популяцій.

Природні популяції мають назву реальних. Саме вони і є об'єктом безпосереднього вивчення як генетиками, так і іншими спеціалістами. Такі популяції в залежності від способу розмноження особин поділяють на три типи:

1)популяції самозапильних рослин і автогамних тварин;

2)популяції перехреснозапильних рослин і алогамних тварин;

3)популяції форм, що розмножуються вегетативно (апогамне розмноження).

Популяції автогамних рослин і тварин складаються із чистих, але генетично різноманітних ліній, які не схрещуються між собою і не обмінюються генетичною інформацією. Зміна генетичної структури таких популяцій здійснюється головним чином за рахунок мутаційного процесу й добору спадково відмінних ліній і клонів, які мають певні адаптивні переваги за даних умов.

Популяція організмів, які розмножуються лише вегетативним способом, складається із окремих клонів.Генетична структура кожного клону, ступінь його гомозиготності чи гетерозиготності визначаються особливостями генотипу вихідної батьківської форми. Цілком зрозуміло, що особини кожного окремого клону в ідеалі повинні мати однакові генотипи, в той час як генотипи різних клонів можуть істотно відрізнятися. Але у зв'язку з виникненням мутантних форм навіть у межах одного клону можлива генетична неоднорідність організмів.

Популяції, що розмножуються статевим способом і в межах яких здійснюються вільні випадкові схрещування, називаються панміктичними або менделівськими.

Генетична структура панміктичної популяції підпорядковується певним закономірностям спадковості, які виявляються не в межах окремого схрещування, а в цілій сукупності особин. Здебільшого панміктичні популяції складаються з різного числа домінантних АА і рецесивних аа гомозигот та гетерозигот Аа. Згідно з законом Гарді-Вайнберга, гомозиготи і гетерозиготи перебувають у певному співвідношенні. Закономірне співвідношення генів установлюється на основі їх частоти, або концентрації за формулою:

р² АА + 2pq Aa + q² aa = 1,

де р² —частота домінантних гомозигот АА;

2pq — частота гетерозигот Аа;

q — частота рецесивних гомозигот аа.

Формула випливає з того, що при однаковому розподілі генів серед самців і самок у популяції утворюється р чоловічих гамет з геном А і q — з геном а; так само і жіночих гамет — р з геном А і q з геном а. Отже, частота чоловічих гамет дорівнює двочлену (р А + q a) і жіночих — теж двочлену (р А + q a). В результаті довільного злиття гамет утворюються такі комбінації: (р А + q a) (р А + q a) = р² АА + 2pq Aa + q² aa.

Частота генів виражається у відсотках або частках одиниці, а суму частот алелей у гомо- і гетерозиготному стані приймають відповідно за 100% чи одиницю:

р² АА + 2pq Aa + q² aa = 100%;

р² АА + 2pq Aa + q² aa = 1

Звідси p = l-q; q = l-p.

Закономірної рівноваги популяція досягає за одне покоління і в подальшому залишається в такому самому стані. Зберігання відносної постійності частоти генів зумовлює рівновагу генотипів у панміктичній популяції.

Закон Гарді-Вайнберга поширюється на популяції при певних умовах:

1) якщо популяції багаточисленні;

2) схрещування в них відбувається випадково, без вибору;

3) немає процесу мутагенезу, або ж мутації виникають настільки рідко, що їх частоту можна не брати до уваги;

4) гомозиготні та гетерозиготні особини однаково життєві і не підлягають добору.

У природних популяціях ці умови далеко не завжди здійснюються, тому генетична структура популяції у більшій чи меншій мірі динамічна.

Запитання для самоконтролю

1. Що таке популяція? Чи є вона функціональною елементарною одиницею еволюції? Чому?

2. На які типи поділяють популяції в залежності від способу розмноження?

3. Чим відрізняється генетична структура популяцій агамних, алогамних і автогамних організмів?

4. В чому полягає значення закону Гарді-Вайнберга?

5. За яких умов закон Гарді-Вайнберга поширюється на популяції?

6. Перерахуйте фактори динаміки популяції.

Робота 1. Установлення частоти генотипів у популяції при різних частотах (p і q) алелей

Завдання. Простежити зміну частоти генотипів у популяції залежно від змінених частот алелей. З цією метою:

1. Накреслити таблицю з різними частотами алельних генів:

2. Обчислити частоти гомозиготних і гетерозиготних генотипів для кожного випадку.

Приклад. У першому рядку таблиці частота домінантної алелі гена А становить 0, 95, а рецесивної алелі — 0, 05. Частоти генотипів для цього випадку визначаємо таким обчисленням: АА=р², тобто (0, 95)²=0, 9025; аа = q ² = (0, 05)² = 0, 0025; гетерозиготи Aa = 2pq= (0, 95× 0, 05) × 2 = 0, 0950. Знайдені числа ставимо у відповідні графи. Перевіряємо обчислення, підставляючи у формулу p² ₊ 2pq + q²=1 відшукані дані: 0, 9025 + 0, 0950 + 0, 0025=1.

3. Порівняти частоти домінантних гомозигот, гетерозигот, рецесивних гомозигот по рядках таблиці. Впевнитися в тому, що частота генотипів у популяції змінюється із зміною частоти алелей.

Робота 2. Визначення частоти генів у популяції людини

Завдання. У групі студентів, прийнятій за популяцію, підрахувати частоту генів, що зумовлюють колір очей.