Тема:  Генетика и теория эволюции.

Цели: изучить  основные понятиями науки «популяционная генетика», показать связь между генетикой и эволюционным учением, роль знаний по генетике в изучении вопросов эволюции, развивать мышление, умения сравнивать, анализировать, обобщать, делать выводы, решать задачи, постепенно формировать научное мировоззрение.

Оборудование: раздаточный материал (задачи)  

Ход урока.

1 Актуализация знаний.

Перечислить основные положения эволюции (наследственная изменчивость, естественный отбор, популяция).

-          какой процесс поставляет материал для эволюции

-          какой фактор эволюции является основным

-          что является единицей эволюционного процесса?

2 Изучение нового материала.

Популяционная  генетика .

Популяционная генетика – наука, занимающаяся изучением эволюционных процессов в генетике.  Она зародилась в начале 20 века. С.С. Четвериков в 1926 году написал работу «О некоторых моментах эволюционного процесса с точки зрения современной генетики», которая послужила началом создания Современной Теории эволюции, объединившей генетику и учение Дарвина. Популяционная генетика является составной частью данной теории и занимается выяснением механизмов микроэволюции (процесс, связанный с образованием новых видов).

    Объединение особей в популяцию обеспечивается их свободным скрещиванием – панмексией (все смешивание). Каждая особь имеет одинаковые шансы на спаривание. Причём панмексия внутри популяции всегда выше, что приводит к обмену генами в ней, формируя генофонд (совокупность генов) популяции. Важнейшей особенностью генофонда является его неоднородность, так как он определяется частотой встречаемости генов или генотипов.

Проблемный   вопрос.

В19 веке английский инженер Дженкинс высказал сомнение в том, что возникающие изменения признаков могут иметь значение для эволюции. Единичные особи, несущие полезные изменения, скрещиваются с нормальными, не имеющими отклонений.

В результате число отклонений у потомков в 1-ом поколении уменьшается, по меньшей мере, вдвое, во 2-ом – вчетверо и.т.д. Постепенно уклонение становится столь редким, что не может играть никакой роли в эволюции.

     - Прав ли был Дженкинс? (Уч-ся высказывают свои предположения)

Закон  Харди-Вайнберга.

                              1.Частота генов и генотип.

Английский математик Дж. Харди и немецкий генетик Вайнберг сформулировали закон о частотах встречаемости генотипов в генофондах популяций.

     Если частоту встречаемости рецессивного гена обозначить через q, а доминантного гена через p,то генофонд популяции можно выразить следующим образом: p+q =1, где 1=100%. А если выразить частоту встречаемости генотипа с помощью решётки Пеннета:

то можно получить квадратное уравнение: (p+q)² =p² +2pq+q²=1 – это уравнение Харди-Вайнберга.

Идеальные условия

1. Неограниченно большая численность;

2. Свободное скрещивание (панмиксия);

3. Отсутствие естественного отбора;

4.  Отсутствие мутационного процсса;

5.  Отсутствие миграций.                            

Закон Харди-Вайнберга – в популяции устанавливается генотипическое равновесие (частоты генов и генотипов остаются неизменными из поколения в поколение).

          Но закон Харди-Вайнберга характерен только для идеальной популяции, в которой выполняются условия:

-          большие размеры популяции

-          панмексия неограниченна

-          отсутствие мутаций

-          отсутствие естественного отбора

-          нет миграций из других популяций

На основе этих условий можно сделать вывод, что закон Харди-Вайнберга в природе не выполняется, но он имеет большое значение в практике сельского хозяйства, в селекции и в медицине. Так, с помощью него можно определить и предположить процессы, происходящие в популяции.

В идеальной популяции из поколения в поколение сохраняется строго определенное соотношение частот доминантных и рецессивных генов (1), а также соотношение частот генотипических классов особей (2).

p + q = 1,   (1)
р2 + 2pq + q2 = 1,   (2)

где p — частота встречаемости доминантного гена А; q — частота встречаемости рецессивного гена а;

р2 — частота встречаемости гомозигот по доминанте АА;

2pq — частота встречаемости гетерозигот Аа;

q2 — частота встречаемости гомозигот по рецессиву аа.

Задача 1

Среди 8400 растений одного из сортов ржи 21 растение имело рецессивный признак альбинизма. Рассчитайте частоты аллелей альбинизма и нормальной пигментации, а также частоты всех возможных генотипов, если известно, что популяция находится в равновесии Харди-Вайнберга. Ответ поясните.

Решение:

1) частота растений с альбинизмом составляет 21/8400=0,0025;

2) альбинизм имеют растения с генотипом  аа, в равновесной популяции доля таких растений составляет q2;

3) частота аллеля q в популяции составляет  0,05;

4) частота аллеля p в популяции составляет 1- q = 0,95;

5) частота генотипа Аа в равновесной популяции составляет  2pq = 0,095

6) частота генотипа AA в равновесной популяции p2 = 0,9025.

Задача 2

В одной из человеческих популяций курчавые волосы имеют каждый шестнадцатый. Рассчитайте частоты аллелей курчавых и прямых волос в популяции, а также частоты всех возможных фенотипов, если известно, что популяция находится в равновесии Харди – Вайнберга. Ответ поясните.

Решение:

1) частота людей с курчавыми волосами составляет 1/16=0,0625;

2) курчавые волосы имеют люди с генотипом  АА, в равновесной популяции доля таких людей составляет p2;

3) частота аллеля p в популяции составляет  0,25;

 4) частота аллеля q в популяции составляет 1- p = 0,75;

5) частота волнистых волос  (генотип Аа) в равновесной популяции составляет 2pq = 0,375

6) частота прямых волос (генотип аа) в равновесной популяции q2 = 0,5625.

Закрепление (решение задач)

 Праворукость у человека – аутосомный доминантный признак. В популяции 4200 человек из обследованных имели ведущую правую руку, а 800 – левую. Рассчитайте частоты аллелей праворукости и леворукости, а также частоты всех возможных генотипов, если принять, что популяция находится в равновесии Харди – Вайнберга. Ответ поясните.

Решение:

1) частота леворуких людей составляет 800/(800+4200)=0,16;

2) леворукие люди имеют генотип аа, в равновесной популяции доля таких особей составляет q2;

3) частота аллеля q в популяции составляет  0,4;

 4) частота аллеля p в популяции составляет 1- q = 0,6;

5) частота генотипа Аа (праворукие, гетерозиготы) в равновесной популяции составляет 2pq = 0,48

6) частота генотипа AA (праворукие, гомозиготы) в равновесной популяции p2 = 0,36.

В лаборатории популяции дрозофил 96% особей имеют аутосомно – доминантный признак серого цвета тела. Рассчитайте частоты аллелей черного и серого тела, а также частоты всех возможных генотипов, если принять, что популяция находится в равновесии Харди – Вайнберга. Ответ пасните.

Решение:

1) частота дрозофил с чёрным телом составляет 100% - 96% = 4% (0,04)

2) чёрное тело имеют дрозофилы с генотипом аа, , в равновесной популяции доля таких особей составляет q2;

3) частота аллеля q в популяции составляет 0,2;

4) частота аллеля p в популяции составляет 1- q = 0,8;

5) частота генотипа Аа (серое тело, гетерозиготы) в равновесной популяции составляет 2pq = 0,32

6) частота генотипа AA (серое тело, гомозиготы) в равновесной популяции p2 = 0,64.

Задание на дом.

  решить задачу: В популяции безродных собак города Владивостока было найдено 245 животных коротконогих и 24 с нормальными ногами. Коротконогость у собак - А, нормальная длина ног – а. Определить частоту аллелей А и а и генотипов АА, Аа, аа в данной популяции.