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진화의 증거

진화의 메커니즘

인구가 Hardy-Weinberg 평형 상태에 있을 때 인구는 진화하지 않습니다.

Hardy-Weinberg 가정의 위반이 어떻게 진화로 이어지는지 알아보십시오.

키 포인트:

집단이 유전자에 대해 하디-와인버그 평형 상태 에 있을 때 , 그것은 진화하지 않으며 대립 유전자 빈도는 세대에 걸쳐 동일하게 유지됩니다.
5가지 기본적인 Hardy-Weinberg 가정 이 있습니다 : 돌연변이 없음, 무작위 교배, 유전자 흐름 없음, 개체군 크기 무한대, 선택 없음.
유전자에 대한 가정이 충족되지 않으면 해당 유전자에 대해 집단이 진화할 수 있습니다(유전자의 대립 유전자 빈도가 변경될 수 있음).
진화 메커니즘은 다양한 하디-와인버그 가정의 위반에 해당합니다. 돌연변이, 비무작위 짝짓기, 유전자 흐름, 유한한 개체군 크기(유전적 드리프트) 및 자연 선택이 있습니다.

소개

자연에서 인구는 일반적으로 진화하고 있습니다. 드넓은 초원의 풀, 숲속의 늑대, 사람의 몸에 있는 박테리아까지도 모두 자연 개체군입니다. 그리고 이 모든 개체군은 적어도 일부 유전자에 대해 진화할 가능성이 있습니다. 진화는 바로 지금, 바로 여기에서 일어나고 있습니다!

분명히 말해서, 이것은 이 인구가 어떤 최종적인 완전 상태를 향해 행진하고 있다는 것을 의미하지는 않습니다. 모든 진화 는 인구가 세대에 걸쳐 유전적 구성이 변하고 있다는 것을 의미합니다. 그리고 그 변화는 미묘할 수 있습니다. 예를 들어 늑대 개체군에서 회색 털보다는 검은색 유전자 변이의 빈도가 변할 수 있습니다. 때때로 이러한 유형의 변화는 자연 선택으로 인한 것입니다. 다른 경우에는 새로운 유기체가 개체군으로 이동하거나 무작위 이벤트(진화적 "추적 행운")에서 비롯됩니다.

이 기사에서는 개체군이 진화한다는 것이 무엇을 의미하는지 조사하고 개체군이 진화하지 않는 데 필요한 (드물게 충족되는) 조건 집합을 확인하고 이러한 조건을 충족하지 못하면 실제로 어떻게 진화로 이어지는지 탐구합니다.

[I'm totally new to population genetics! Where should I start?]

하디-바인버그 평형

먼저, 인구가 진화 하지 않을 때의 모습을 봅시다 . 모집단이 Hardy-Weinberg 평형 이라고 하는 상태에 있는 경우 해당 모집단에서 대립유전자 의 빈도 또는 유전자 버전, 유전형 또는 대립유전자 집합은 세대에 걸쳐 동일하게 유지됩니다(또한 Hardy-Weinberg 방정식 을 충족함 ) . . 공식적으로, 진화는 시간이 지남에 따라 집단의 대립유전자 빈도의 변화이므로 하디-와인버그 평형에 있는 집단은 진화하지 않습니다.

이것은 다소 추상적이므로 예를 사용하여 분해해 보겠습니다. 우리에게 딱정벌레의 인구가 많다고 상상해보십시오. 사실, 이 인구가 무한히 많다고 가정해 봅시다 . 우리의 무한히 많은 인구의 딱정벌레는 진한 회색과 밝은 회색의 두 가지 색상이 있으며 색상은 A 유전자에 의해 결정됩니다. AA 와 Aa 딱정벌레는 짙은 회색이고 aa 딱정벌레는 밝은 회색입니다.

우리 인구에서 A 대립 유전자의 빈도가0, 포인트, 3, a 대립 유전자의 빈도는0, 포인트, 7. 인구가 Hardy-Weinberg 평형 상태에 있으면 대립 유전자 빈도는 특정 수학적 관계인 Hardy-Weinberg 방정식에 의해 유전형 빈도와 관련됩니다. 따라서 아래와 같이 대립 유전자 빈도를 연결 하여 볼 것으로 예상되는 유전자형 빈도( 집단이 Hardy-Weinberg 평형 상태에 있는 경우 )를 예측할 수 있습니다.

피제곱+ 2pq + q제곱, 같음, 1

p = A의 주파수, q = A의 주파수

AA 의 주파수 = p제곱= 0.7제곱= 0.49

Aa 의 주파수 = 2pq = 2 (0.7)(0.3) = 0.42

aa 의 빈도 = 0.3제곱= 0.09

[What is the difference between allele and genotype frequency?]

이것이 실제로 우리 딱정벌레 개체군에서 볼 수 있는 유전자형 빈도라고 상상해 봅시다.9, 퍼센트 에이 ,42, 퍼센트 아 ,49, 퍼센트 아 ). 훌륭합니다. 우리 딱정벌레는 Hardy-Weinberg 평형 상태에 있는 것 같습니다! 이제 딱정벌레가 번식하여 다음 세대를 만든다고 상상해 봅시다. 그 세대에서 대립유전자와 유전자형 빈도는 어떻게 될까요?

이를 예측하려면 몇 가지 가정을 해야 합니다.

먼저, 어떤 유전자형도 생존하거나 짝을 얻는 데 다른 유전자형보다 뛰어나지 않다고 가정해 봅시다. 이 경우 다음 세대를 만들기 위해 만나는 배우자(정자와 난자) 풀에서 A 와 a 대립유전자의 빈도는 현 세대의 각 대립유전자의 전체 빈도와 동일하게 된다.

둘째, 딱정벌레가 무작위로 짝짓기를 한다고 가정해 봅시다(검은 딱정벌레가 다른 검은 딱정벌레를 선호하는 것과 대조적으로). 이것이 사실이라면 우리는 번식을 두 가지 무작위 사건의 결과로 생각할 수 있습니다. 집단의 유전자 풀에서 정자를 선택하는 것과 같은 유전자 풀에서 난자를 선택하는 것입니다. 자손 유전자형을 얻을 확률은 해당 유전자형을 생성하는 난자와 정자 조합을 얻을 확률입니다.

수정된 Punnett 제곱을 사용하여 다른 자손 유전자형을 얻을 가능성을 나타낼 수 있습니다. 여기에서 축에 있는 배우자의 빈도를 곱하여 사각형에서 수정 이벤트의 확률을 얻습니다.

위에 표시된 것처럼 우리는 부모 세대와 정확히 동일한 유전자형 빈도를 가진 자손 세대를 예측합니다.9, 퍼센트 에이 ,42, 퍼센트 아 , 그리고49, 퍼센트 아아 _ 유전자형 빈도가 변경되지 않은 경우 부모 세대와 동일한 대립 유전자 빈도도 있어야 합니다.0, 포인트, 3A 와 _0, 포인트, 7을 위해 .

우리가 방금 본 것은 Hardy-Weinberg 평형의 본질입니다. 배우자 풀의 대립 유전자가 부모 세대의 대립 유전자를 정확히 반영하고 무작위로 만난다면(무한하게 많은 수의 사건에서) 대립 유전자와 유전자형 빈도가 하나에서 변할 이유가 없습니다. 다음 세대로.

다른 요인이 없는 경우 이 과정이 세대를 거듭하여 계속 반복되어 대립 유전자와 유전자형 빈도를 동일하게 유지하는 것을 상상할 수 있습니다. 진화 는 세대에 걸친 집단의 대립유전자 빈도의 변화 이기 때문에 하디-와인버그 평형의 집단은 정의상 진화하지 않습니다.

그러나 그것이 현실적입니까?

이 기사의 시작 부분에서 언급했듯이 개체군은 일반적으로 Hardy-Weinberg 평형에 있지 않습니다(적어도 게놈의 모든 유전자에 대해서는 그렇지 않음). 그 대신, 개체군은 진화하는 경향이 있습니다. 적어도 일부 유전자의 대립 유전자 빈도는 한 세대에서 다음 세대로 변경됩니다.

사실, 집단 유전학자들은 다른 힘이 작용할 수 있다고 의심 하기 때문에 집단이 Hardy-Weinberg 평형에 있는지 확인하기 위해 종종 확인합니다 . 인구의 대립 유전자와 유전자형 빈도가 세대에 따라 변한다면(또는 대립 유전자와 유전자형 빈도가 Hardy-Weinberg 방정식의 예측과 일치하지 않는 경우), 그 이유를 찾기 위한 경쟁이 시작됩니다.

Hardy-Weinberg 가정과 진화

인구가 진화하는 원인은 무엇입니까? 인구가 Hardy-Weinberg 평형 또는 진화하지 않는 상태에 있기 위해서는 다섯 가지 주요 가정을 충족해야 합니다.

돌연변이가 없습니다. 돌연변이에 의해 새로운 대립유전자가 생성되지 않으며 유전자가 복제되거나 삭제되지도 않습니다.
무작위 짝짓기. 유기체는 특정 유전자형에 대한 선호 없이 서로 무작위로 짝짓기를 합니다.
유전자 흐름이 없습니다. 개인이나 배우자(예: 바람에 의해 매개되는 꽃가루)는 개체군에 들어오거나 나가지 않습니다.
인구 규모가 매우 큽니다. 모집단의 크기는 사실상 무한해야 합니다.
자연 선택이 없습니다. 모든 대립유전자는 동등한 적합성을 부여합니다(생물이 생존하고 번식할 가능성이 동등하게 만듦).

[Are there other assumptions?]

이러한 가정 중 하나라도 충족되지 않으면 모집단은 Hardy-Weinberg 평형에 있지 않습니다. 대신에 진화할 수 있습니다. 대립유전자 빈도는 한 세대에서 다음 세대로 바뀔 수 있습니다. 단일 세대 내의 대립유전자 및 유전자형 빈도도 하디-와인버그 방정식을 충족하지 못할 수 있습니다.

일부 유전자는 Hardy-Weinberg를 만족시킬 수 있지만 다른 유전자는 그렇지 않습니다.

Hardy-Weinberg 평형에 대해 두 가지 방식으로 생각할 수 있습니다. 하나의 유전자 또는 게놈의 모든 유전자에 대한 것입니다.

하나의 유전자만 보면 그 하나의 유전자에 대해 위의 기준이 맞는지 확인 합니다 . 예를 들어, 해당 유전자에 돌연변이가 있는지 또는 유기체가 해당 유전자의 유전자형과 관련하여 무작위로 교배되는지 여부를 묻습니다.
게놈의 모든 유전자를 살펴보면 모든 단일 유전자에 대해 조건이 충족되어야 합니다.

특정 상황에서 단일 유전자에 대해 조건이 다소 충족될 가능성은 있지만 게놈의 모든 유전자에 대해 조건이 충족될 가능성은 매우 낮습니다. 따라서 개체군이 일부 유전자에 대해서는 Hardy-Weinberg 평형 상태에 있을 수 있지만(해당 유전자에 대해서는 진화하지 않음), 모든 유전자에 대해 Hardy-Weinberg 평형 상태에 있을 가능성은 거의 없습니다(전혀 진화하지 않음).