ГДЗ: Параграф § 44 / Биология 9 класс Часть 2

Закон Харди–Вайнберга гласит, что в крупной, случайно скрещивающейся популяции, где отсутствуют мутации, миграции и естественный отбор, частоты аллелей и генотипов остаются постоянными из поколения в поколение и описываются соотношениями \( p + q = 1 \) и \( p^2 + 2pq + q^2 = 1 \).

Условия, при которых закон Харди–Вайнберга сохраняется, включают отсутствие мутаций, отбора (включая половой) и влияния генов на выживаемость. Если ген подвержен половому отбору или естественному отбору (влияет на выживаемость), частота соответствующих аллелей будет меняться в сторону благоприятных признаков. Мутации создают новые аллели или изменяют существующие, что напрямую нарушает постоянство частот аллелей в популяции.

Дано:

• Частота голубых глаз (рецессивный признак, генотип \(aa\)): \(q^2 = 0,49\).
• Частота карих глаз (доминантный признак, генотипы \(AA\) и \(Aa\)): \(p^2 + 2pq = 0,51\).

Решение:

1. Определяем частоту рецессивного аллеля \(a\) (обозначим его \(q\)): \( q = \sqrt{q^2} = \sqrt{0,49} = 0,7 \).
2. Определяем частоту доминантного аллеля \(A\) (обозначим его \(p\)): \( p = 1 - q = 1 - 0,7 = 0,3 \).
3. Определяем частоту гомозиготных доминантных особей \(AA\) (обозначим ее \(p^2\)): \( p^2 = 0,3^2 = 0,09 \).

Ответ: Процент гомозиготных доминантных особей (\(AA\)) составляет \( 0,09 \times 100\% = 9\% \).

Задача: В гипотетической популяции растениеводческой культуры частота гомозиготных по рецессивному признаку белой окраски цветка (\(aa\)) составляет 0,04. Определите частоты аллелей \(A\) и \(a\), а также частоты генотипов \(AA\) и \(Aa\).

Решение:

1. Частота рецессивного генотипа: \(q^2 = 0,04\).
2. Частота рецессивного аллеля \(a\): \( q = \sqrt{0,04} = 0,2 \).
3. Частота доминантного аллеля \(A\): \( p = 1 - q = 1 - 0,2 = 0,8 \).
4. Частота гомозиготного доминантного генотипа \(AA\): \( p^2 = 0,8^2 = 0,64 \).
5. Частота гетерозиготного генотипа \(Aa\): \( 2pq = 2 \times 0,8 \times 0,2 = 0,32 \).

Проверка: \( p^2 + 2pq + q^2 = 0,64 + 0,32 + 0,04 = 1 \). Закон Харди–Вайнберга выполняется.

Миграция (приток или отток особей) приводит к потоку генов. Приток особей извне может привнести новые аллели или изменить частоту уже существующих. Отток особей также изменяет частоты аллелей, особенно если мигрирующие особи несут гены в пропорциях, отличных от оставшейся популяции. Поскольку закон Харди–Вайнберга требует постоянства частот аллелей, любая миграция, изменяющая генофонд, нарушает его равновесие.

Закон описывает 'идеальную популяцию', потому что он основан на ряде упрощенных и в реальной природе редко полностью соблюдаемых допущений:

• Бесконечная численность (исключает дрейф генов).
• Полная панмиксия (случайное скрещивание).
• Полное отсутствие мутаций, миграций и естественного отбора.

Реальные популяции всегда подвержены влиянию этих факторов, поэтому закон служит теоретической основой для сравнения и анализа эволюционных процессов.

Географическая изоляция — это физическое разделение популяций (например, горами, реками, океаном). Например, популяция оленей, разделенная новым шоссе, может быть географически изолирована. Биологическая изоляция (репродуктивная) — это неспособность особей разных групп к свободному скрещиванию или получению плодовитого потомства, даже если они находятся на одной территории. У млекопитающих это может быть связано с разными сроками размножения, несовместимостью половых органов или поведением, или, в конечном итоге, образованием разных видов. Таким образом, биологическая изоляция может существовать и без географической (например, разные виды грызунов на одном поле, которые не скрещиваются).

Генетика предоставляет механизм для теории эволюции:

• Мутации (генетические изменения) являются источником наследственной изменчивости — 'сырьем' для отбора.
• Дрейф генов, естественный отбор и поток генов (миграция) — это факторы, которые, согласно популяционной генетике, изменяют частоты аллелей в популяциях, что и представляет собой эволюцию.
• Закон Харди–Вайнберга служит 'нулевой гипотезой' эволюции; его нарушение указывает на то, что в популяции происходят эволюционные изменения.

Таким образом, генетика объясняет, как и почему происходят изменения, лежащие в основе эволюции.

Реальная популяция отличается от 'идеальной' тем, что:

• Ее численность ограничена (подвержена дрейфу генов).
• Скрещивание часто неслучайно (избирательные браки).
• На нее постоянно влияют естественный отбор, мутации и миграция.

Преимущества моделирования в биологии:

• Упрощение сложных систем для анализа и понимания базовых принципов (например, закон Харди–Вайнберга).
• Прогнозирование будущих тенденций (например, распространения заболевания).
• Проведение экспериментов, которые были бы невозможны или неэтичны в реальной жизни.

Недостатки моделирования в биологии:

• Модель может быть слишком упрощенной и не учитывать все факторы реальной системы.
• Прогнозы могут быть неточными из-за неверных начальных данных или предположений модели.