Populāciju ģenētika

1. Populāciju ģenētika • Dabiskās populācijas Populācija – minimāla pati sevi atražojuša vienas sugas īpatņu grupa, kas ilgstošu laiku apdzīvo noteiktu teritoriju, veido patstāvīgu ģenētisko sistēmu un formē savu ekoloģisko nišu • Mākslīgās populācijas ģenētiski daudzveidīgu īpatņu grupa (pretstatā ģenētiski homogēnām "tīrām līnijam")

2. Populāciju raksturojums • Noteikts areāls • sava ekoloģiskā niša • var paplašināties/sašaurināties • atšķirīgs starp sugām (dabiski) un arī sugu robežās • Areāli • reproduktīvais atkarīgs no individuālās aktivitātes radiusa • trofiskais parasti lielāks par reproduktīvo gājputni, migrējošās zivis!

3. Populāciju raksturojums Īpatņu skaits • ļoti atšķirīgs, no desmitiem līdz miljoniem • Nc – absolūtais populāciju īpatņu skaits, census size • Ne – efektīvais populācijas īpatņu skaits, nosacītais īpatņu skaits, kuri piedalās reprodukcijā

4. Populāciju raksturojums Īpatņu skaits Ne atkarīgs no: • vecuma struktūras • vīrišķo (Nm) un sievišķo (Nf) īpatņu proporcijas • gadu skaita starp paaudzes nomaiņām • pēcnācēju skaita mātītēm un to atšķirībām • ģenētiskā sloga • inbrīdinga pakāpes

5. Populāciju raksturojums Populācijas minimālais skaits Skaits, zem kura populācija ir apdraudēta • svarīgs Ne , ne Nc • konkrēts, atkarībā no sugas Viens no kritērijiem Ne = 50/500 • 50 – min skaits sugas saglabāšanai • 500 – nepieciešamais skaits ilgstošai reprezentatīvai genofonda saglabāšanai

6. Populāciju raksturojums Populāciju dinamika • Areāls un īpatņu skaits pastāvīgi mainās. Dzīvības viļņi. • trofiskā bāze • attiecības • plēsoņa/upuris • saimnieks/patogēns • saimnieks/parazīts Ilgstošā evolūcijas procesā attiecībās izveidojas balanss. Ne vienmēr izdevīga absolūtā izturība.

7. Populāciju raksturojums Populāciju struktūra pēc īpatņu vecuma • daudziem dzīvniekiem pēc reprodukcijas īpatņi nomirst, populācija tikai no “jauniem” īpatņiem • augstākiem zīdītājiem - sarežģīta struktūra • pirms dzimumbrieduma • dzimumbriedumā • pēcreproduktīvā periodā • augiem var būt sarežģīta struktūra • dabiskie meži

8. Populāciju raksturojums Sadalījums pēc dzimuma (Nm : Nf) • primārais (mejoze): 1:1 • sekundārais (piedzimstot):106:100 (cilvēks, vidēji) • terciālais (reproduktīvais): 1:1 (cilvēks, ap. 16-18 g. vecumu) • postreproduktīvais: < 1:1 (cilvēks)

9. Populāciju raksturojums Morfoloģiskās īpatnības fēni, pazīmju fenotipiskais variants • no fenotips, pretstatījums jēdzienam gēns • var izmantot, ja nav iespējams pētīt ģenētiku • jāņem vērā, ka fēnu pamatā var būt sarežģīta un atšķirīga ģenētiskā determinācija Adalia bipunctata

10. Populāciju ģenētiskais raksturojums • Populāciju ģenētiskā heterogenitāte • ģenētiskās atšķirības starp īpatņiem • atsevišķu īpatņu heterozigotitāte pēc daudziem gēniem • Populāciju ģenētiskā vienotība (neskatoties uz heterogenitāti) Populācija – sarežģīta ģenētiskā sistēma, kura atrodas dinamiskā līdzsvarā

11. Populāciju ģenētiskais raksturojums • Galvenie rādītāji, kas raksturo populāciju ģenētisko struktūru • alēļu spektrs un to frekvences (statika) • to izmaiņas laikā (dinamika)

12. Ideālā populācija • tajā ir bezgalīgi daudz indivīdu • tā ir pilnīgi izolēta no citām savas sugas populācijām, un tādēļ nenotiek savstarpēja gēnu apmaiņa starp tām • tajā nenotiek ne mutācijas, ne izlase • tajā ir absolūta panmiksija Panmiksija - populācijas īpatņu savstarpējās krustošanās veids, pie kura visas iespējamās krustojumu kombinācijas var notikt ar vienādu varbūtību.

13. Genotipu frekvences ideālā populācijā

14. Genotipu frekvences ideālā populācijāModelis

15. Hārdija - Veinberga vienādojums • p2(AA) + 2pq(Aa) + q2(aa) =1 • Konsekvences: • alēļu frekvences starp paaudzēm ideālā populācijā nemainās – populācija atrodas līdzsvarā • ja ir notikušas nejaušas alēļu frekvenču izmaiņas populācija nonāk līdzsvarā vienas paaudzes laikā (gēni autsomā)

16. Hārdija - Veinberga vienādojums Konsekvences: retās alēles populācijā atrodas galvenokārt tikai heterozigotiskā stāvoklī

17. Hārdija - Veinberga vienādojums Nosaka attiecības starp alēļu frekvencēm un genotipu/fenotipu frekvencēm • Zinot alēļu frekvences var noteikt genotipu/fenotipu frekvences fAA = p2 fAa = 2pq faa = q2 • Pēc fenotipiem var noteikt alēļu frekvences q =  faap = 1 - q

18. Alēļu frekvenču izmaiņas panmiktiskā populācijāGēns dzimumhromosomā pm qm pf, qf pm(n+1) = pf(n) pf = 1.0 pf(n+1) = (pf(n)+pm(n) )/2 0.66 0.5 p = 2/3pf + 1/3pm q = 2/3qf + 1/3qm pm=0

19. Faktori,kas izjauc ģenētisko līdzsvaru • dabiskā izlase • mutācijas • gēnu plūsmas (migrācijas) • ģenētiskais dreifs • inbrīdings

20. Evolūcija Mikroevolūcija – evolucionāras izmaiņas sugas robežās, kuru rezultātā notiek jaunu sugu veidošanās Elementāra evolūcijas vienība – populācija

21. Evolūcija Makroevolūcija – evolūcija sugu un augstāku taksonu robežās Teorija • vispārīgo likumsakarību apraksts • neizskaidro evolūcijas sākuma stadijas, evolūcijas mehānismu • makroevolūcija – neatgriezeniska • mikroevolūcija – populācija var atgriezties izejas stāvoklī

22. Evolūcijas teorijasKuvjē - Lamarks - Darvins Jean-Baptiste Lamarck1744-1829 Charles Robert Darwin 1809-1882 George Cuvier1769-1832

23. Evolūcija • Mainība • iedzimtā • mutācijas • rekombinācijas • paratipiskā (environmental) • Iedzimtība • mendeliskā (kodola) • citoplazmatiskā • epiģenētika • Izlase

24. Ģenētiskās informācijas plūsma G1 P1 G2 P2 No paaudzes uz paaudzi tiek pārmantotas nevis pazīmes, bet informācija par pazīmēm

25. Dabiskā izlase Izlase kontrolē reproduktīvo spēju – varbūtību atstāt pēcnācējus Dažādas pazīmes dažādi ietekmē reproduktīvo spēju Izlase pēc fenotipa, ne genotipa

26. Sugu veidošanās ceļi Sugu veidošanās – evolucionārs process, kura gaitā veidojas jaunas bioloģiskās sugas • Tiešā (filētiskā) sugu veidošanās • Netiešā (“īstā”) sugu veidošanās

27. Sugu veidošanās ceļi Anaģenēze – tiešā Kladoģenēze – "īstā"

28. Tiešā sugu veidošanās • Tiešā jeb filētiskā sugu veidošanās • evolucionārs process, kur gaitā jauna suga veidojas pārveidojoties visām sākotnējās sugas populācijām, t.i., izmainās visas sākotnējās populācijas gēnu frekvence. Anaģenēze

29. Tiešā sugu veidošanās • populācijās saglabājas liels mutāciju skaits • genotipiski un fenotipiski visi īpatņi atšķiras no sākotnējās sugas īpatņiem • nepalielinās sugu skaits • sākotnējā suga nesaglabājas • nezarots filoģenētiskais koks – lineāra evolūcija

30. Netiešā sugu veidošanās • Netiešā sugu veidošanās ir evolucionārs process, kur gaitā viena vai vairākas jaunas sugas veidojas, izmainoties tikai daļai sākotnējās sugas populāciju. • Kladoģenēze • sākotnējā suga saglabājas • palielinās sugu skaits • sazarots filoģenētiskais koks

31. Netiešā sugu veidošanās Dabiskā sugu veidošanā Mākslīgā sugu veidošanās

32. Dabiskā sugu veidošanās Atkarībā no populāciju ģeogrāfiskās izolētības pakāpes dabisko sugu veidošanās procesu iedala: Allopatriskā sugu veidošanās Peripatriskā sugu veidošanās Parapatriskā sugu veidošanās Simpatriskā sugu veidošanās

33. Dabiskā sugu veidošanāsAllopatriskā sugu veidošanās Allopatrisks: allos – cits, svešs; patria – tēvzeme, dzimtene Allopatriskā sugu veidošanās ir dabisks sugu veidošanās process, kurā sākotnējā (izejas, mātes) populācija sadalās divās ģeogrāfiski izolētās populācijās. 1) izolācija 2) diferenciācija Sauc arī par ģeogrāfisko sugu veidošanos

34. Allopatriskā sugu veidošanāsIzolācija Ģeogrāfiskās izolācijas mehānismi biotopu fragmentācija ģeogrāfisku procesu rezultātā (kalnu veidošanās, pārtuksnešošanās) Populācijas sadalīšanās īpatņu emigrācijas rezultātā

35. Allopatriskā sugu veidošanāsDiferenciācija Izolēto populāciju genotipiska un fenotipiska diverģence Diverģence – pazīmju attālināšanās atšķirīgas mutācijas atšķirīgs dabiskās izlases spiediens atšķirīga gēnu dreifa ietekme atšķirīgas alēļu frekfences Diferenciācijas rezultātā minimāla vai novērsta gēnu plūsma reproduktīvā izolācija

36. Peripatriskā sugu veidošanās Peripatriskā sugu veidošanās ir dabisks sugu veidošanās process, kura gaitā jauna suga veidojas mazā izolētā populācijā sākotnējās populācijas areāla perifērijā. daļēja izolācija diferenciācija

37. Peripatriskā sugu veidošanās Daļēja izolācija: ģeogrāfiska un reproduktīva vāja gēnu plūsma Diferenciācija atšķirīgs izlases spiediens, kurš labvēlīgs perifērijā mītošu īpatņu pazīmju saglabāšanai būtiska gēnu dreifa ietekme atšķirīgas adaptācijas atšķirīgiem vides apstākļiem Dibinātāja efekts - uz mazu populāciju darbojas pudeles kakla efekts

38. Parapatriskā sugu veidošanās Parapatriskā sugu veidošanās ir dabisks sugu veidošanās process, kura gaitā jauna suga veidojas sākotnējās populācijas areāla dažādās vietās meitas populācijai ieņemot jaunu nišu vai biotopu daļēja izolācija diferenciācija

39. Parapatriskā sugu veidošanās Daļēja izolācija: ģeogrāfiska, ekoloģiska, etoloģiska, allohoriska un reproduktīva vāja gēnu plūsma krasa vides apstākļu maiņa Allohorisks [allos – cits, svešs; horos – laiks] – populācijas vai sugas ar atšķirīgiem dažādās sezonās noritošiem dzīves cikliem vai dažādās diennakts stundās notiekošiem aktivitātes periodiem Diferenciācija atšķirīgs izlases spiediens atšķirīgas adaptācijas

40. Simpatriskā sugu veidošanās Simpatriskā sugu veidošanās ir dabisks sugu veidošanās process, kura gaitā jauna suga veidojas sākotnējās populācijas areālā bez ģeogrāfiskās izolācijas • Reproduktīvā izolācija • Diferenciācija

41. Simpatriskā sugu veidošanās Reproduktīvā izolācija bioloģiski noteikta telpiska izolācija parazītiem, augēdājiem utml. bioķīmiska, etoloģiska, ekoloģiska, ģenētiski noteikta izolācija poliploīdiem Diferenciācija atšķirīgas adaptācijas jaunajam saimniekorganismam un tā bioloģijai

42. Dažādu sugas izcelšanās veidu salīdzināšana http://en.wikipedia.org/wiki/Sympatric_speciation

43. Adaptīvā radiācija - Straujš jaunu sugu veidošanās process, kurā no vienas izejas sugas veidojas daudzas sugas, kas izplatās un pielāgojas atšķirīgiem dzīves apstākļiem. Dibinātājefekts Dabiskā izlase Izveidojas pirmskopulācijas izolējošie mehānismi (uzvedības izolācija u.c.)

44. Adaptīvā radiācija (Madera, 1998)

45. Mākslīgā sugu veidošana • Kultūraugi un mājdzīvnieki • hibridizācija Starpģinšu hibrīds tritikāle: Triticumsativumx Secalecereale= x Triticale

46. Mākslīga sugu veidošana • Selekcija un domestikācija (vilks  suns) https://sites.google.com/site/selectivebreedingofplants/

47. Izlases veidi • Objekts • individuālā • grupu, ģimeņu (sarežģīta sociālā struktūra, altruisms) Individuālā izlase efektīvākā, nekā grupu • individuālais dzīves cikls īsāks, nekā grupai • ģenētiskā mainība starp indivīdiem lielāka, nekā starp grupām • augstāka korelācija starp reproduktīvo spēju un individuālām pazīmēm, nekā grupu īpašībām

48. Izlases veidi • Pēc virziena • virzošā • sadalošā (dizruptīvā) • stabililizējošā

49. Izlases veidi Dzimumizlase – dabiskās izlases komponente • terminu ieviesa Č. Darvins • virzīta uz: • paaugstinātu spēju izcīnīt partneri (lielāki, spēcīgāki tēviņi) • attīstīt pazīmes, kas nodrošina partnera izvēli (uzvedība, krāsojums un t.t.)

50. Izlases veidi • izlase, atkarīga no īpatņu blīvuma • ja ir atkarība no limitējošiem faktoriem (piem. trofiskiem) • izlase, atkarīga no fenotipu frekvences • izlase atbalsta izplatītāko tipu • izlase atbalsta retāko tipu