Андрей Шляхов - Генетика на пальцах

– нет естественного отбора;

– количество особей и размеры популяции достаточно велики (стремятся к бесконечности) для того, чтобы свести на нет случайные колебания частот генов, то есть дрейф генов.

Возникает закономерный вопрос: зачем нужно придумывать условную, не существующую в реальности популяцию (ведь сразу видно, что такой популяции быть не может), и законы с уравнениями для нее? Мы вообще о чем ведем речь: о популяционной генетике или о генетической фантастике?

Разумеется, о популяционной генетике. Да, закон Харди – Вайнберга и прилагающееся к нему уравнение справедливы для условной идеальной популяции, но зато по этому уравнению можно рассчитывать частоты аллелей в популяции. Для многих математических расчетов требуется «оттолкнуться» от чего-то условного. Кроме того, закон Харди – Вайнберга показывает, что процесс наследования сам по себе не влияет на частоту аллелей в популяции, ее изменения возникают вследствие других причин. В этом утверждении заключен биологический смысл закона.

Селекционерам закон Харди – Вайнберга позволяет определять генетический потенциал исходного материала, то есть частоты нужных для скрещивания аллелей. Экологи с его помощью выявляют факторы, влияющие на популяции. Отклонение от условного идеала, определенного законом, свидетельствует о наличии каких-то факторов влияния. Медицинские генетики с помощью этого закона оценивают риск генетически обусловленных заболеваний в конкретных популяциях.

С дрейфом генов мы разобрались, переходим к потоку генов.

Потоком или переносом генов называют перемещение генов между популяциями, а именно перенос аллелей генов из одной популяции в другую в результате миграции особей. То есть, популяция может приобрести новый аллель не в результате мутации, а в результате иммиграции в нее носителя нового гена из соседней популяции. Да, популяции изолированы друг от друга, но в ряде случаев барьеры между ними не бывают непреодолимыми на все сто процентов. Где-то да найдется какая-нибудь лазейка, при условии, что речь не идет о Кипре или каком-то другом удаленном острове.

Постоянный перенос генов между популяциями стирает генетические различия между ними. Иначе говоря, перенос генов мешает образованию новых видов и подвидов. Поток генов направлен против естественного отбора, способствующего видообразованию. А вот дрейф генов, в отличие от потока, в некоторых случаях может способствовать видообразованию.

Не совсем понятно?

Для образования нового вида в популяции должно накопиться определенное количество признаков. Изолированность популяций этому способствует, поскольку в каждой популяции происходят свои мутации и появляются свои признаки. Если обмена мутациями (признаками) между популяциями не будет, то в конечном итоге разница между популяциями может достигнуть пределов, с которых начнется новый вид. При наличии потока генов между популяциями процесс видообразования в них замедляется. Что же касается дрейфа генов, то он может изменить частоты аллелей таким образом, что популяция станет ближе к образованию нового вида. А может и не изменить, или сделает все наоборот.

Настало время разобраться с генетическим равновесием в популяциях. А то мы было заговорили о нем, но сразу же переключились на дрейф генов. Но, тем не менее, успели сказать, что к механизмам, поддерживающим генетическое равновесие в популяциях, относятся естественный отбор и дрейф генов.

Вам ничего не показалось странным?

Как может естественный отбор, устраняющий из популяции плохо приспособленные организмы (плохо приспособленные генотипы), поддерживать генетическое равновесие? Он, наоборот, его нарушает! И о дрейфе генов можно сказать то же самое.

С естественным отбором дело обстоит сложнее, чем может показаться на первый взгляд. Далеко не всегда естественный отбор приводит к выработке новых адаптаций. Он может поддерживать уже сложившуюся адаптационную структуру популяции, не позволяя изменчивости разрушать уже существующие приспособления, то есть нарушать сложившееся генетическое равновесие.

Более того, естественный отбор формирует популяции. Он создает их, распределяя организмы вида по более благоприятным ареалам обитания. А еще естественный отбор поддерживает равновесие между разными признаками организма. Зачастую приспособленность одного признака в ходе отбора может понижаться, если это понижение перекрывается повышением приспособленности другого признака и в целом выгодно для организма. Можно сказать, что организм в подобных случаях совершает гамбит [61]   Гамбит (от итальянского gambetto – подножка) – общее название шахматных дебютов, в которых одна из сторон в интересах быстрейшего развития или стратегически выгодного захвата центра шахматной доски жертвует противнику пешку или легкую фигуру (слона или коня). – жертвует одним признаком для того, чтобы выиграть партию, то есть выжить.

Примером такого эволюционного «гамбита» может служить яркое оперение у самцов многих птиц, который делает их хорошо заметными не только для самок, но и для хищников. Однако природа сделала в этом случае ставку на повышение вероятности успешного размножения и оказалась права. Длительное существование таких видов доказывает правильность «гамбита», подтверждает, что успешное размножение для этих видов птиц важнее демаскировки самцов. Пусть какая-то часть самцов будет съедена хищниками, но зато оставшиеся в живых, имея больше шансов на скрещивание, смогут оставить больше потомства.

И с дрейфом генов тоже все непросто. Дрейф генов может приводить к увеличению изменчивости, то есть нарушать генетическое равновесие в пределах вида в целом, но он также может уменьшать изменчивость в пределах конкретной популяции, «убирая» из нее новые генотипы, появившиеся в результате мутаций. Здесь все зависит от размеров популяции (обратите внимание на то, что под размером популяции биологи подразумевают число особей в ней, а не размер занимаемой ею территории). Согласно общестатистическим правилам, в которые мы вникать не станем, в больших популяциях дрейф генов будет обеспечивать генетическую стабильность, а в малых станет ее нарушать, вплоть до создания преимуществ для признаков, нетипичных для основной, «материнской» популяции. В результате дрейфа генов в маленьких популяциях новые виды появляются в ускоренном темпе.

С механизмами, нарушающими генетическое равновесие в популяциях, вроде бы все ясно. В процессе мутагенеза гены изменяются, а приток генов из других популяций может приносить в популяцию нетипичные для нее гены. Перенос генов между популяциями стирает генетические различия между ними, но нарушает равновесие в каждой из них.