Zmienność genetyczna Definicja
Zmienność genetyczna może być opisana jako różnice między organizmami spowodowane przez zmienne formy DNA. Zmienność genetyczna w połączeniu ze zmiennością środowiskową powoduje całkowitą zmienność fenotypową widoczną w populacji. Zmienność fenotypowa jest tym, co jest widziane przez obserwatora; na przykład wysokość rośliny. Zmienność środowiskowa to różnica w tym, czego doświadcza każdy osobnik. W naszym scenariuszu, niektóre rośliny mogą dostać więcej wody i składników odżywczych niż inne. Jeśli usuniemy różnice środowiskowe z ogólnej zmienności, pozostaje nam zmienność genetyczna. Ta zmienność reprezentuje rzeczywiste różnice w sekwencjach DNA między organizmami.
Przykłady zmienności genetycznej
Zmienność genetyczna między osobnikami
Spójrz na obraz muszli małży poniżej. Wszystkie te mięśnie należą do tego samego gatunku, co oznacza, że mogą się ze sobą krzyżować. Różnice w ich wzorach reprezentują całkowitą zmienność fenotypową w populacji. Część tej zmienności pochodzi z genetyki, a część ze środowiska. Aby określić, co jest genetyczne, a co środowiskowe, naukowcy musieliby przeprowadzić serię eksperymentów.
Dwa eksperymenty byłyby konieczne, aby znaleźć ogólną zmienność genetyczną w populacji. W pierwszym z nich pojedynczy małż byłby wielokrotnie klonowany i umieszczany w zmiennych środowiskach. Okazy będą mogły rosnąć i będą obserwowane w wieku dorosłym. Ponieważ ich genetyka jest identyczna, obserwowaną zmienność można przypisać wyłącznie zmienności środowiskowej. W drugim eksperymencie należy zaobserwować całkowitą zmienność w populacji dzikich małży w tym samym środowisku. Na końcu tych dwóch eksperymentów naukowiec miałby dwie liczby: jedną opisującą wariancję środowiskową i jedną opisującą wariancję fenotypową.
Aby uzyskać zmienność genetyczną znalezioną w tej populacji małży, naukowiec musiałby po prostu odjąć wariancję środowiskową zaobserwowaną u klonu od całkowitej wariancji zaobserwowanej w dzikiej populacji. Innym sposobem na obliczenie zmienności genetycznej jest pobranie próbki DNA populacji i bezpośredni pomiar różnic w DNA. Ponieważ zmienność genetyczna jest produkowana przez różnice w DNA, różnice te mogą być użyte w odwrotnej kolejności do obliczenia zmienności środowiskowej w populacji.
Zmienność genetyczna między gatunkami
Powyższy przykład omawia zmienność genetyczną między członkami populacji, koncepcja zmienności genetycznej może być zastosowana na znacznie większą skalę. Rozważmy na przykład rodzinę genów Homeobox. Ta rodzina, znana w skrócie jako „geny Hox”, kieruje i koordynuje pozycje części ciała podczas rozwoju. Geny te, lub ich warianty, występują u wszystkich zwierząt o symetrii dwustronnej. Obejmuje to wszystko, od owadów po ryby i ssaki. Naukowcy teoretyzują, że wczesny przodek wykształcił geny Hox, które szybko zostały zaadaptowane do wielu form organizmów. Zmienność genetyczna reprezentowana przez te geny jest ogromna. Dzięki nim powstają różne typy budowy ciała większości organizmów na Ziemi. Jednak wszystkie one są nadal spokrewnione, a wariancja między nimi może być zmierzona.
Źródła zmienności genetycznej
Przy całej naturalnej różnorodności na świecie, dziwnie jest myśleć, że cała zmienność genetyczna pochodzi tylko z kilku prostych źródeł. Najprostszym źródłem jest mutacja. Ponieważ DNA jest wystawione na działanie różnych substancji chemicznych i energii elektromagnetycznych świata, może mutować. DNA jest zbudowane z określonej sekwencji nukleotydów, z których powstają białka. Mutacje zmieniają te białka poprzez zmianę sekwencji nukleotydów. Podczas gdy mutacje są często postrzegane w negatywnym kontekście, napędzają one ewolucję poprzez wprowadzanie nowych wariantów, które mają być testowane przez środowisko.
W rzeczywistości zmienność genetyczna jest tak ważna dla gatunków, że wiele gatunków rozmnaża się płciowo, aby wspomóc proces tworzenia nowych odmian. Organizmy rozmnażające się płciowo noszą dwie kopie genomu, co pozwala mutacjom leżeć uśpione lub wyrażać się bardziej subtelnie. Podczas rozmnażania płciowego geny są rekombinowane w nowy sposób. Proces ten, znany jako rekombinacja, przemieszcza obecne allele i pozwala na ekspresję różnych kombinacji. Zwiększa to całkowitą zmienność genetyczną. W przypadku obserwacji izolowanej populacji źródłem zmienności genetycznej może być również imigracja. Organizm może przynieść nowe allele, które ustaliły się gdzie indziej i wprowadzić je do populacji.
Quiz
1. Jaki jest wzór na ilościowe określenie zmienności genetycznej?
A. Zmienność genetyczna = Zmienność oczekiwana + Zmienność fenotypowa
B. Zmienność genetyczna = Zmienność fenotypowa – Zmienność środowiskowa
C. Zmienność genetyczna = Zmienność środowiskowa + Zmienność fenotypowa
2. Dwie identyczne bliźniaczki przechodzą przez życie osobno. W wieku 55 lat jeden jest zdrowy i sprawny, podczas gdy drugi ma nadwagę i grozi mu zawał serca. Co jest odpowiedzialne za tę różnicę?
A. Zmienność genetyczna
B. Zmienność środowiskowa
C. Zmienność fenotypowa
3. Stwierdzono, że niedźwiedzie polarne i niedźwiedzie grizzly krzyżują się ze sobą, tworząc gatunek hybrydowy. W jaki sposób jest to związane ze zmiennością genetyczną?
A. To nie jest związane, ponieważ niedźwiedzie są różnych gatunków
B. Mimo że między niedźwiedziami istnieje wiele różnic genetycznych, są one na tyle blisko siebie, że mogą stworzyć zdolne do życia potomstwo
C. Nie ma zmienności genetycznej między niedźwiedziami, co pozwala im na krzyżowanie się