http://www.sulinet.hu/eletestudomany/archiv/2001/0101/diakold/popul/popul.html



Hasonló dokumentumok
Sodródás Evolúció neutrális elmélete

A Hardy Weinberg-modell gyakorlati alkalmazása

Populációgenetikai. alapok

A genetikai sodródás

A Hardy-Weinberg egyensúly. 2. gyakorlat

Az evolúció folyamatos változások olyan sorozata, melynek során bizonyos populációk öröklődő jellegei nemzedékről nemzedékre változnak.

Nincs öntermékenyítés, de a véges méret miatt a párosodó egyedek bizonyos valószínűséggel rokonok, ezért kerül egy

Szelekció. Szelekció. A szelekció típusai. Az allélgyakoriságok változása 3/4/2013

A populációgenetika alaptörvénye

Kérdések, feladatok: 1. Milyen tényezők járulhatnak a populációk génállományának megváltozásához?

Hátterükben egyetlen gén áll, melynek általában számottevő a viselkedésre gyakorolt hatása, öröklési mintázata jellegzetes.

POPULÁCIÓGENETIKA GYAKORLAT

Populáció A populációk szerkezete

ÁLLATTENYÉSZTÉSI GENETIKA

BIOLÓGIA HÁZIVERSENY 1. FORDULÓ BIOKÉMIA, GENETIKA BIOKÉMIA, GENETIKA

A kromoszómák kialakulása előtt a DNS állomány megkettőződik. A két azonos információ tartalmú DNS egymás mellé rendeződik és egy kromoszómát alkot.

Természetes szelekció és adaptáció

Populációgenetika és evolúció

Dobzhansky: In Biology nothing makes sense except in the light of Evolution.

Evolúcióelmélet és az evolúció mechanizmusai

Evolúcióbiológia. Biológus B.Sc tavaszi félév

Altruizmus. Altruizmus: a viselkedés az adott egyed fitneszét csökkenti, de másik egyed(ek)ét növeli. Lehet-e önző egyedek között?

Tudománytörténeti visszatekintés

Evolúció. Dr. Szemethy László egyetemi docens Szent István Egyetem VadVilág Megőrzési Intézet

Példák a független öröklődésre

Altruizmus. Altruizmus: a viselkedés az adott egyed fitneszét csökkenti, de másik egyed(ek)ét növeli. Lehet-e önző egyedek között?

Evolúció. Dr. Szemethy László egyetemi docens Szent István Egyetem VadVilág Megőrzési Intézet

Domináns-recesszív öröklődésmenet

Klasszikus valószínűségszámítás

Prenatalis diagnosztika lehetőségei mikor, hogyan, miért? Dr. Almássy Zsuzsanna Heim Pál Kórház, Budapest Toxikológia és Anyagcsere Osztály

A PKU azért nem hal ki, mert gyógyítják, és ezzel növelik a mutáns allél gyakoriságát a Huntington kór pedig azért marad fenn, mert csak későn derül

Környezet statisztika

Kvantitatív genetikai alapok április

Molekuláris ökológia Általános Ökológia 2012

1. A kísérlet naiv fogalma. melyek közül a kísérlet minden végrehajtásakor pontosan egy következik be.

Johann Gregor Mendel Az olmüci (Olomouc) és bécsi egyetem diákja Brünni ágostonrendi apát (nem szovjet tudós) Tudatos és nagyon alapos kutat

Biológiai feladatbank 12. évfolyam

SIMON EDINA KIS POPULÁCIÓK PROBLÉMÁI LEGKISEBB ÉLETKÉPES POPULÁCIÓ (MVP, MINIMUM VIABLE POPULATION) PROBLÉMÁK MVP PONTOS BECSLÉSE

Matematikai alapok és valószínőségszámítás. Statisztikai becslés Statisztikák eloszlása

Tananyag: Kiss Béla - Krebsz Anna: Lineáris algebra, többváltozós függvények, valószínűségszámítás,

GENETIKA MEGOLDÁS EMELT SZINT 1

Intelligens Rendszerek Elmélete. Párhuzamos keresés genetikus algoritmusokkal

A genetikai lelet értelmezése monogénes betegségekben

Statisztika I. 8. előadás. Előadó: Dr. Ertsey Imre

10 rémisztő tény a globális felmelegedésről

Statisztika - bevezetés Méréselmélet PE MIK MI_BSc VI_BSc 1

Populációbecslések és monitoring 1. gyakorlat. Elvonásos módszerek az adatokat pl. a vadászok is gyűjthetik, olcsóbb

Populációbecslések és monitoring

A domináns öröklődés. Tájékoztató a betegek és családtagjaik számára. Fordította: Dr. Komlósi Katalin Orvosi Genetikai Intézet, Pécsi Tudományegyetem

A Genetikai polimorfizmus és földrajzi variabilitás kárpát-medencei endemikus lepke taxonok populációiban c. OTKA pályázat (T ) zárójelentése

AGRÁRMÉRNÖK SZAK Alkalmazott matematika, II. félév Összefoglaló feladatok A síkban 16 db általános helyzetű pont hány egyenest határoz meg?

Populációbecslések és monitoring

VALÓSZÍNŰSÉG, STATISZTIKA TANÍTÁSA

Adatok statisztikai értékelésének főbb lehetőségei

Példa a report dokumentumosztály használatára

LINEÁRIS REGRESSZIÓ (I. MODELL) ÉS KORRELÁCIÓ FELADATOK

Természetes népmozgalom

Népesség növekedés (millió fő) Népességszám a szakasz végén (millió fő) időszakasz dátuma. hossza (év) Kr.e Kr.e Kr.e Kr.e.

Gyakorló feladatok a 2. dolgozathoz

A népesség kulturális helyzete, állampolgársága, nyelvi, etnikai és vallási összetétele

PRÓBAÉRETTSÉGI MATEMATIKA május-június EMELT SZINT. Vizsgafejlesztő Központ

Az ökológia alapjai. Diverzitás és stabilitás

Biomatematika 13. Varianciaanaĺızis (ANOVA)

2013/2014.tanév TANMENET. a 11. osztály esti gimnázium biológia tantárgyának tanításához.

Populációbecslések és monitoring 1. gyakorlat. Elvonásos módszerek az adatokat pl. a vadászok is gyűjthetik, olcsóbb

Matematikai alapok és valószínőségszámítás. Valószínőségszámítási alapok

BIOLÓGIA TANMENET. XII. évfolyam 2013/2014

Az ember összes kromoszómája 23 párt alkot. A 23. pár határozza meg a nemünket. Ha 2 db X kromoszómánk van ezen a helyen, akkor nők, ha 1db X és 1db

Brósch Zoltán (Debreceni Egyetem Kossuth Lajos Gyakorló Gimnáziuma) Megoldások

Gazdasági matematika II. vizsgadolgozat megoldása A csoport

Az élőlények egyed feletti főbb szerveződési szintjei (Gallé 2013): populáció társulás biom bioszféra

++ mm. +m +m +m +m. Hh,fF Hh,fF hh,ff hh,ff. ff Ff. Hh hh. ff ff ff ff. Hh Hh hh hh

FEGYVERNEKI SÁNDOR, Valószínűség-sZÁMÍTÁs És MATEMATIKAI

A kérdőív statisztikai értékelése

BIOLÓGIA 11. ÉVFOLYAM I. beszámoló. A genetika alaptörvényei

A gabonasiklók színváltozatai

Számítógépes döntéstámogatás. Genetikus algoritmusok

MATEMATIKA HETI 5 ÓRA. IDŐPONT: Június 4.

Matematikai alapok és valószínőségszámítás. Statisztikai változók Adatok megtekintése

Mérési hibák

Szöveg címe: Az ázsiai elefánt Forrás: és Kép forrása: szabadon használható fotók.

Genetika 3 ea. Bevezetés

Természetes populációk változatossága (variabilitása)

Bevezetés az ökológiába Szerkesztette: Vizkievicz András

Többgénes jellegek. 1. Klasszikus (poligénes) mennyiségi jellegek. 2.Szinte minden jelleg több gén irányítása alatt áll

Szigetbiogeográfia. A tapasztalat szerint:

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK EMELT SZINT Statisztika

Recesszív öröklődés. Tájékoztató a betegek és családtagjaik számára. Fordította: Dr. Komlósi Katalin Orvosi Genetikai Intézet, Pécsi Tudományegyetem

Klasszikus valószínűségi mező megoldás

Téma 2: Genetikai alapelvek, a monogénes öröklődés -hez szakirodalom: (Plomin: Viselekedésgenetika 2. fejezet) *

Az Állatökológia tárgya

Valószínűségszámítás és statisztika

Demográfia. Def.: A születés, mortalitás, ki- és bevándorlás kvantifikálása. N jelenleg. = N korábban. + Sz M + Be Ki. A szervezetek típusai: UNITER

6. Előadás. Vereb György, DE OEC BSI, október 12.

Szent István Egyetem. Az ivarérés idejét maghatározó QTL-ek genetikai térképezése tyúkban. Szabó Gyula Doktori értekezés

A a normál allél (vad típus), a a mutáns allél A allél gyakorisága 50% a allél gyakorisága 50%

Intelligens Rendszerek Elmélete. Párhuzamos keresés genetikus algoritmusokkal. A genetikus algoritmus működése. Az élet információ tárolói

Természetvédelmi biológia

FEGYVERNEKI SÁNDOR, Valószínűség-sZÁMÍTÁs És MATEMATIKAI

Statisztikai alapfogalmak

Átírás:

1 of 8 5/16/2009 3:04 PM Populáció-genetika A kiszámíthatatlan genetikai sodródás kiszámítható következményei Vagy 5 millió évvel ezelőtt egy pintycsapat sodródott az Egyenlítőn fekvő Galapagos-szigetek egyikére. Még a legközelebbi dél-amerikai szárazföldtől is ritkán vetődnek madárcsapatok a több száz kilométerre fekvő szigetekre. Ez a pintycsapat 15 új pintyfaj kialakulásához vezető, szétágazó evolúciós folyamat kiindulópontja lett. 1. cédula Néha előfordulhat, hogy egy nagyobb népességből kivándorló egyedek valamelyike hordoz egy, a népességben egyébként ritkán előforduló öröklődő rendellenességért felelős allélt. Dél-Afrika holland származá-sú telepeseinek többsége egy 1652-ben befutott hajó utasaitól szárma-zik. Azóta az afrikánernek nevezett népesség létszáma 2 500 000-re nőtt. Ebben a népességben két öröklődő rendellenesség is nagyobb gyakoriságú, mint az európai anyaországban. Az egyik a Hunting-ton-kór, amely egy felnőttkorban jelentkező, dominánsan öröklődő halálos betegség, a másik a protoporfirogén-oxidáz enzim károsodá-sa, amely a barbiturátokkal szembeni olykor végzetes reakcióra vezet. Mindkét hibás allél egy-egy bevándorlótól ered, relatív gyakoriságuk a bevándorlók kis létszáma miatt volt magas, s ezt a gyenge szelekció mindmáig nem csökkentette számottevően. Ugyanerre az okra vezet-hető vissza a sarlósejtes vérszegénységért felelős allél viszonylag nagy gyakorisága Észak-Amerika fekete lakosságában, a Tay-Sach betegség gyakori megjelenése az askenázi zsidók között vagy az albínók gya-kori felbukkanása a

2 of 8 5/16/2009 3:04 PM hopi indián népességben. Az alapító hatás és a palacknyak A távoli Tristan da Cuhna-sziget mai lakói mindannyian a XIX. század elején érkezett 20-25 bevándorló leszármazottai. Sőt, mint azt DNS alapú molekuláris genetikai módszerekkel bizonyították, a 250 lakos többsége abból a skót családból származik, amely 1817-ben érkezett a szigetre. A ma csak Afrikában élő gepárdok valaha a világ minden részén előfordultak. Most mindkét alfajuk csaknem monomorf: a kelet afrikai alfaj harminc példányában 49 enzimet vizsgáltak, s közülük csak kettő volt polimorf (P=0,04, H=0,01), a délafrikai alfaj 98 egyedében a polimorfizmus még kisebb, 0,02, a heterozigótaság pedig 0,0004 volt! Ebből megállapították, hogy a gepárdok létszáma legalább kétszer nagyon alacsonyra zuhant. Az evolúciógenetikusok már a század első évtizedeiben felismerték, hogy a populácók létszámcsökkenése genetikai összetételük megváltozásához vezet. Egy kis létszámú utódpopulációba nem feltétlenül kerül át az összes allél, amely a szülői populációban még jelen volt, mint ahogy a minőségellenörök által kiválasztott néhány mintadarab közé sem feltétlenül kerül selejtes darab.

3 of 8 5/16/2009 3:04 PM 2. cédula A genetikai sodródás folyamata N szaporodó egyedekből álló populációkban. Gondoljátok meg, mekkora a valószínűsége, hogy egy fekete és fehér golyókat azonos számban tartalmazó urnából egymás után 10 feketét húzzunk, úgy, hogy a kihúzott golyót húzás után visszateszem? (0,510). A kis létszámnak nem csak az a következménye, hogy az utódokba nem kerülnek be egyes ritka allélek, hanem az is, hogy a megmaradó allélek gyakorisága nem feltétlenül egyezik az alapítók eredeti populációjában talált gyakoriságukkal. Ha valaki sötét és világos alapszínű tarkababot összekever, ellenőrizheti, hogy a vaktában kiválasztott tíz babszemben a sötét és világos szemek aránya sorozatonként más és más lesz. Nagyon ritkán még az is elfordul, hogy csak világos vagy csak sötét bab lesz a mintában. Különösen jól érzékelhető, hogy a kis létszám miatt hogyan változik meg a populáció genetikai összetétele, ha valahol egy-két tucat egyed alapít elszigetelt populációt. A kóborló egyedek által alapított kis létszámú populációk további sorsát nagymértékben meghatározhatja, hogy pusztán a csoport kis létszáma miatt mintavételi hibából megváltozik a genetikai összetétel. Ezt nevezik alapító hatásnak (1. cédula). A populáció létszámának radikális csökkenése, a népesség palacknyakszerű szűkülése nem csak akkor fordulhat elő, ha az idegen helyre vetődő kóborló egyedek valahol letelepszenek. Az időjárási viszontagságok, például egy-egy hosszú aszály vagy egy kitartó esőzés, esetleg egy járvány is leszoríthatja egy-egy faj létszámát. A létszám fogyatkozása a genetikai összetétel esetleges megváltozásával is jár annak ellenére, hogy a katasztrófát követően a népesség sokszor robbanásszerűen növekszik.

4 of 8 5/16/2009 3:04 PM 1. ábra. A két ábra három időpontban mutatja, hogy a kromoszómák hány százaléka volt PP típusú a tíz kis illetve tíz nagy tenyészetben

5 of 8 5/16/2009 3:04 PM 2. ábra. A barna allélt hordozó tenyészetek számának generációnként változásaaz időben előre haladva Az evolúciógenetika angol és amerikai ősagyatyái, Ronald Fisher és Sewal Wright között már a húszas években megkezdődött a napjainkban felújuló vita arról, hogy ezeknek az esetleges genetikai összetétel változásoknak mi lehet az evolúciós szerepe. Sewal Wright csúszkáló genetikai egyensúly elmélete szerint, az evolúciós változások egyik motorja a populációk térbeli strukturáltságából adódó részleges és időszakos elszigetelődés s ebből adódóan a genetikai összetétel esetleges változása. Ronald Fisher szerint viszont a nagy méretű populációkban változhat leggyorsabban a genetikai összetétel, bennük legnagyobb az evolúciós változás. A genetikai sodródás és a mintavételi hiba Az alapító és a palacknyak hatás csak szélsőséges esetei egy nemzedékről nemzedékre minden populációban lejátszódó folyamatnak, amelyet genetikai sodródásnak nevezünk. Az ideális populációval ellentétben a valóságos népességek egyed-száma véges, ezért genetikai összetételük abban az esetben is változhat, amikor nincsenek kitéve szelekciónak, nincs migráció, nem képződnek új mutánsok és a párosodás is véletlenszerű. Az ivarosan szaporodó élőlények rengeteg ivarsejtet termelnek, de a szaporodó egyedek létszáma mindig jóval kisebb, mint az ivarsejteké. Ezért egy egyébként ideális populációban tekinthetjük úgy, hogy a szaporodó egyedek, azaz a következő nemzedék szülei, az ivarsejt-populációból véletlenszerűen kiválasztott minta (2. cédula). A szaporodó populáció genetikai összetétele az ivarsejt-populáció genetikai összetételén múlik, valamint azon, hogy a rengeteg ivarsejt közül melyikből lesz zigóta, illetve, hogy melyik zigótából lesz szaporodó egyed. Az ideális -hoz közeli eset, amikor sok egyedből származó halikrát és haltejet összekevernek, s a

6 of 8 5/16/2009 3:04 PM megtermékenyült petesejtek egy részét továbbszaporítják. Minél kisebb a továbbszaporított egyedek száma, az utódpopuláció összetétele annál inkább eltérhet a szülői populáció összetételétől. Ezt meggyőzően mutatja a 1. ábra. 3. cédula Tenyészetenként meghatározva a barna allél relatív gyakoriságát, összeadva és elosztva a tenyészetek számával kiszámíthatjuk az átlagos allélgyakoriságot.ez, mint az ábra mutatja a kezdeti 0,5-ös átlagos allélgyakoriság körül ingadozik. A genetikai sodródás folyamán tehát nem változik meg a tenyészetek átlagos összetétele. Ha a tenyészetek egyik felében az egyik, a másik felében pedig a másik allél fixálódik, az átlagos allélgyakoriság változatlanul 0,5 lesz. Sodródás a muslicatenyészetben

7 of 8 5/16/2009 3:04 PM 3. ábra. A különböző számú barna allélt tartalmazó tenyészetek várható száma generációnként a Fisher Wright-modell alapján 4. ábra. Az átlagos heterozigótaság változása Theodosius Dobzhansky, Nobel-díjas evolúciógenetikus 1955-ben tíz nagy (4000 egyed) és tíz kicsi (20 egyed) tenyészetet hozott létre ecetmuslicákból. A tenyészetekbe kerülő egyedek mindegyike heterozigóta volt egy mikroszkóp alatt jól látható kromoszóma-mutációra. Másfél év múlva összehasonlítva a tenyészetek összetételét azt találták, hogy a kis tenyészetek lényegesen nagyobb mértékben különböztek egymástól, mint a nagyok (1. ábra). A következő évben P. Buri egy másik ecetmuslicakísérlet eredményeit tette közzé. A kísérlettel a kis létszám populációgenetikai hatásainak megértésére szer-kesztett matematikai modelleket akarta ellenőrizni. 107 darab olyan 8 hímből és 8 nőstényből álló tenyészetett hozott létre, amelyek egyedeinek mindegyike hetero-zigóta volt az egyedek életképességét és termékenységét nem befolyásoló, azaz neutrális, barna szemmutációra. Az erre a mutációra homozigóta illetve heterozigóta egyedek a szemük színe alapján elkülöníthetőek egymástól. Minden tenyészet 16 barna és 16 vad szemszínért felelős alléllt tartalmazott. A tenyészeteket úgy tartották fenn, hogy az utódok közül mindig csak 8:8 egyedet tenyésztettek tovább. Minden generációban meghatározták a szaporodásra véletlenszerűen kiválasztott muslicák szemtípusát, s abból kiszámították a vad és a mutáns allélek számát, majd az allélgyakoriságot. A 2. ábra mutatja, mi történt a tenyészetekben. Az első generációban több olyan tenyészetet kaptak, amelyekben a vizsgált lokusz 32 allélja közül nem pontosan 16 volt mutáns, miközben a tenyészetek egy részében maradt a kiindulási 1:1 arány a mutáns és a vad allél között. A következő generációkban egyre inkább szétterült az allélok számának megoszlása, majd az 5. generációtól kezdett a két szélén felgyűrődni. A szélső tenyészetek olyan állapotba kerülnek, amelyből nincs visszaút, belőlük ugyanis az egyik vagy a másik allél kiesett, viszont minden út ezekhez a szélső, nyelő állapotokhoz vezet. Így érthető, hogy a 18. generációra már a tenyészetek fele homogén volt valamelyik allélra nézve, s e két állapot között lapos, azaz egyenletes a tenyészetek megoszlása. Tovább folytatva a kísérletet minden bizonnyal csupa monomorf tenyészetet kapnánk. Várhatóan a tenyészetek egyik fele a mutáns, a másik fele pedig a vad allélra nézve homogenizálódik (3. cédula). A 3. ábra mutatja, hogy a genetikai sodródást Markov-láncként modellező (4. cédula) populáció genetikai modell alapján a tenyészetek milyen megoszlását várjuk. A tényleges és a várt megoszlás közti különbség valószínűleg jóval kisebb lenne, ha nem csak 107, hanem 1000 tenyészettel végezzük a kísérletet. Az ellapulás és a felgyűrődés sebességét a modellben egyedül a populáció egyedszáma szabja meg, s így van ez a laboratóriumi tenyészetekben is. Azt várjuk, hogy a heterozigóták gyakorisága 1,39 N generáció, azaz esetünkben 1,39 16=22,2 generáció alatt feleződik. A folyamat azonban gyorsabb volt a laborban

8 of 8 5/16/2009 3:04 PM ennél. A 4. ábrán levő pontok az egyes tenyészetek heterozigóta gyakoriságainak átlagát adják meg minden generációban, míg az egyenes a 16 egyedre vonatkozó modell alapján várt átlagos heterozigótaságot. Az eltérést azzal magyarázhatjuk, hogy az utódok létrehozásában nem egyforma mértékben vett részt mind a nyolc egyed (például azért, mert az együtt tartott egyedek nem monogám párokat alkottak, s egyes hímek sikeresebbek voltak társaiknál), azaz az utódok genetikai összetételét ténylegesen meghatározó egyedszám kisebb 16-nál. Valójában a 9 egyedre vonatkozó modell (alsó vonal) előrejelzése egyezik jól meg a kapott eredménnyel. Azt mondhatjuk, hogy a tenyészeteknek a genetikai sodródás következtében fellépő homogenizálódását meghatározó effektív egyedszáma 9. A kérdéseink eddig egyetlen lokusz sorsára vonatkoztak sok szubpopulációban. De azonos modellek adnak választ arra a kérdésre is, hogyan csökken a véges egyedszám miatt sok lokuszon az átlagos heterozigótaság egy-egy populáción belül. Tehát közelítőleg 1,39 N generáció szükséges ahhoz, hogy a lokuszok felén fixálódjon valamelyik, kezdetben azonos gyakorisággal jelenlevő allél. 4. cédula A genetikai sodródás felfogható úgy, hogy a populáció egy adott generáció-ban a vizsgált allél száma által megha-tározott állapotokban lehet (0, 1, 2... 2N lehet benne a vizsgált allélból; (lásd: 3. és 4. ábra). Megadható, hogy ezekből a lehetséges állapotokból milyen való-színűséggel kerülhet a többi állapotba. Markov-láncknak nevezzük azokat a fo-lyamatokat, amelyeknek nincs memó-riájuk, azaz amelyeknél a t időpont állapotának ismerete elegendő a t+1 időpont állapotának kiszámításához. Gyakorlati és elméleti tanulság A genetikai sodródás modellezése és kísérleti vizsgálata egyaránt azt mutatja, hogy a kis egyedszám (az egyedszám csökkenése) a genetikai polimorfizmus elveszté-séhez vezet, s mint ilyen, egy-egy populáció és egy-egy faj adaptációs, evolúciós lehetőségeit szűkíti, mivel a mutációk felszaporodása a mutációk csekély gyakori-sága miatt lassú folyamat. A természetes élőhelyek feldarabolása, területük szűkítése a populációk méretének csökkenéséhez, tehát homogenizálódáshoz vezet. Miközben a folyamat természetéből következően nem lehet megjósolni, melyik populációból melyik allél pontosan mennyi idő alatt vész el, az átlagos változásokat, s ezek sebességét elég pontosan megbecsülhetjük. Dr. Pásztor Erzsébet (ELTE Genetika Tanszék)