Екологія рослин, тварин та мікроорганізмів

Лабораторне заняття № 7. Тема: Визначення особливостей структурної організації популяцій.

МЕТА:

1. Вивчити закони динаміки генетичних та вікових перетворень, які відбуваються в природних і експериментальних популяціях тварин;

2. з'ясувати поняття чисельності, щільності, демографічної структури популяції та методи їх дослідження; побудувати демографічні таблиці і на конкретних прикладах обрахувати чисельність, щільність, ріст популяцій певного виду; порівняти отримані дані.

Матеріали та обладнання: статистичні дані, калькулятори (або комп'ютер), міліметровий папір

Література:

1. Лабораторний та польовий практикум з екології: під ред. В.П. Замостян, Я.П Дідух. - Київ: Фітосоціоцентр, 2000. – 216 с.

2. Я.П. Дідух Екологія популяцій Київ: Фітосоціоцентр, 2002. – 314с.

Зміст заняття.

Завдання 1. Закономірності розподілу генів і генотипів у популяціях.

Т е о р е т и ч н а ч а с т и н а

Всі види організмів складаються із популяцій. Вид – це основна систематична одиниця, що реально існує в природі, займає певний ареал і є сукупністю споріднених за походженням особин, які не схрещуються з іншими видами і якісно відмінні від них.

Популяцією в екології називають групу особин одного виду, які знаходяться у взаємодії між собою і населяють спільну територію. Це форма існування виду в певних умовах. На основі генетичних перетворень у популяціях відбуваються мікроеволюційні процеси, які завершуються видоутворенням. Вид є генетично закритою системою, популяція – система генетично відкрита.

Популяції як групові об’єднання володіють рядом специфічних властивостей, які не характерні для кожної окремо взятої особини. Групові особливості – це основні характеристики популяції. До них, зокрема, належать:

• чисельність – загальна кількість особин на певній території;

• густина – середня кількість особин популяції на одиницю площі, чи об’єму, який займає популяція у просторі; густину можна виражати через масу членів популяції на одиницю простору;

• народжуваність – число нових особин, які з’являються за одиницю часу в наслідок розмноження;

• смертність – показник, який відображає кількість померлих особин у популяції за одиницю часу;

• приріст – різниця між народжуваністю і смертністю; приріст популяції може бути як позитивним так і негативним;

• темп росту – середній приріст за одиницю часу.

Популяціям властива певна організація. Розподіл по території, співвідношення груп за статтю, віком, морфологічними, фізіологічними, поведінковими та генетичними особливостями відображають структуру популяції, яка формується, з одного боку, на основі загальних біологічних властивостей, а з іншого – під впливом абіотичних факторів середовища і популяцій інших видів.

У 1908 році англійський математик Г.Харді й німецький лікар Н, Вайнберг незалежно один від одного встановили закон, якому підкоряється частота розподілу гетерозигот у популяції, що вільно схрещується, і зобразили його у вигляді алгебраїчної формули. Виявилось, що частота членів пари алель них генів у популяціях розподіляється у відповідності з коефіцієнтом розкладання Ньютона: (p + q)².

Закон Харді – Вайнберга виражає вірогідний розподіл генотипів у популяції, що вільно схрещується. Але дія цього закону передбачає виконання ряду умов:

1. популяція має необмежено велику чисельність;

2. всі особини популяції можуть цілком вільно схрещуватись;

3. гомозиготні і гетерозиготні за даною парою алелей особини однаково плодючі, життєздатні і не підлягають добору;

4. прямі і зворотні мутації відбуваються з однаковою частотою або так рідко, що ними можна знехтувати

Основні положення закону такі:

1. Сума частот алелів одного гена в даній популяції – величина стала. Це можна записати формулою p + q = 1, де p – частота одного алеля гена А; а q – частота другого алеля а, тобто цієї самої алельної пари. Обидві величини можна виражати в частках одиниці або у відсотках

(тоді p + q = 100%).

2. Сума частот генотипів за одним алелем у даній популяції – величина стала, а розподіл її відповідає коефіцієнтам бінома Ньютона другого степеня. З цих положень виведено формулу для обчислення частот генотипів

р² + 2рq + q² =1

У популяції, що перебуває в стані рівноваги, чоловічі й жіночі особини дають однакову кількість гамет як з геном А, так і з геном а. Це можна записати як р + q = 1. Тоді кількість генотипів можна визначити або простим перемноженням частот чоловічих і жіночих гамет:

(р + q) х (р + q) = р² +2рq+ q² = 1, або, ще наочніше, за решіткою Піннета:

♀ ♂	А = р	а = q
А = р	АА = р2	Аа = рq
а = q	Аа = р q	аа = q2

3. У популяції, що перебуває в стані рівноваги, стала частота генів і генотипів зберігається в ряді поколінь.

Співвідношення генів і генотипів може змінюватись лише тоді, коли популяція втрачає рівновагу. Це може бути з різних причин: зміна умов життя, коли певна ознака втрачає своє пристосувальне значення. Тоді особина з такою ознакою, немаюча переваги буде елімінуватися добором, а ген, який контролює цю ознаку, матиме зменшену чисельність, що призведе через кілька поколінь до нового співвідношення генів відповідно до пристосувальної здатності даної ознаки в нових умовах.

Іншою причиною зміни рівноваги в популяціях може стати поява нових мутацій, що мають іншу адаптивну здатність.

Закон Харді – Вайнберга правомірний і для множинного алелізму. Наприклад при наявності в популяції трьох алельних генів частоти їх можуть бути виражені як р² + q² +r² +2рq + 2рr+2qr =1