Perinnöllisyystieteen perusteita III Perinnöllisyystieteen perusteita

15. Populaatiogenetiikka ja evoluutio 1. Avainsanat 2. Evoluutio muuttaa geenipoolia 3. Mihin valinta kohdistuu? 4. Yksilön muuntelua aiheuttavat tekijät 5. Luonnonvalinta 6. Yksilöiden kelpoisuus 7. Sattumat muuttavat evoluution kulkua 8. Tehtävät 9. Kuvat

Avainsanat: Geenipooli Alleelifrekvenssi Geenivalinta Yksilövalinta Sukulaisvalinta Muuntelu Suuntaava valinta Stabiloiva valinta Hajottava valinta Fitness eli kelpoisuus Sattuma

Evoluutio muuttaa geenipoolia Geenipooli: populaation jokaisen yksilön geenien alleelit pysyy luonnossa harvoin pitkään samana. Alleelifrekvenssi eli alleelien yleisyys Synteettisen evoluutioteorian mukaan lajinkehitys on muutosta alleelifrekvensseissä. Kuva kirjan sivulta 72

Mihin valinta kohdistuu? Geenivalinta Yksittäinen geeni on valinnan kohteena. Haitallinen ominaisuus voi estää yksilön lisääntymisen, menestystekijä aiheuttaa valintaedun Yksilövalinta kohdistuu yksilön koko fenotyyppiin. Yksilön kelpoisuus, lisääntymismenestys → alleelien osuus populaation seuraavassa sukupolvessa Sukulaisvalinta osa yksilöistä ei lisäänny itse, vaan auttaa lähisukulaisia esimerkiksi poikasten hoidossa Kuva kirjan sivulta 72

Yksilön muuntelua aiheuttavat tekijät Koska lajin elinympäristön olosuhteet muuttuvat, tulee lajienkin muuttua. Laji ei voi muuttua, jos siinä ei esiinny perinnöllistä muuntelua: 1. Mutaatiot 2. Sukusolujen synty 3. Crossing-over 4. Sukusolujen kohtaaminen Kuva kirjan sivulta 72

Luonnonvalinta Genotyypin alleeliyhdistelmä + ympäristön vaikutus → fenotyyppi. Luonnonvalinta suosii fenotyyppien niitä ominaisuuksia ja ominaisuuksien yhdistelmiä, jotka tuovat kantajalleen valintaetua muihin nähden. Valinta voi olla: suuntaavaa, joka suosii toista ääripäätä edustavia yksilöitä, tasapainottavaa, jolloin suositaan keskiarvotyyppiä, hajottavaa, jolloin molemmat ääripäät menestyvät parhaiten. Kuva kirjan sivulta 72

Valintatyypit (ks. 108A) TASAPAINOTTAVA VALINTA SUUNTAAVA VALINTA HAJAUTTAVA VALINTA yksilömäärä ominaisuuden vaihtelu yksilömäärä ominaisuuden vaihtelu yksilömäärä ominaisuuden vaihtelu yksilömäärä ominaisuuden vaihtelu yksilömäärä ominaisuuden vaihtelu yksilömäärä ominaisuuden vaihtelu

Yksilöiden kelpoisuus Hyvän fenotyypin saaneella yksilöllä on hyvä fitness eli kelpoisuus: Yksilö säilyy hengissä lisääntymisikään asti. Onnistuu lisääntymään tehokkaasti. Syntyy paljon jälkeläisiä, jotka perivät hyviksi osoittautuneita alleeleita ja lisääntyvät myös itse. Määrällisten ominaisuuksien periytyessä osalla jälkeläisiä on parempi tai huonompi ja valtaosalla yhtä hyvä fitness kuin vanhemmillaan. Hyvät alleelit ja alleeliyhdistelmät → populaation geenipooli muuttuu paremmin ympäristöönsä soveltuvaksi. Kuva kirjan sivulta 72

Sattumat muuttavat evoluution kulkua Dominoivat, kelpoisuutta heikentävät alleelit voivat peittää eriperintäisten yksilöiden hyvät resessiiviset alleelit. Yhden geenin hyvä alleeliyhdistelmä ei riitä parantamaan kantajansa fitnessiä, jos kaikki muut geenit ovat huonommin sopeuttavia alleeleja. Hyviä alleeleja häviää jatkuvasti populaation geenipoolista. Perustajanvaikutus Pullonkaulailmiö Evoluution suunta voi vaihtua aikaisemmasta (ympäristön muuttuessa pitää sopeutua uudenlaisiin valintapaineisiin). AA Aa aa aa Aa AA Pullonkaulailmiö Popu- laation koko Kuva kirjan sivulta 72 Aika

Pullonkaulailmiö ja sattuma (2/2) Selvitä kuvien avulla pullonkaulailmiö.

Pullonkaulailmiö Pienentyneessä populaatiossa tapahtuva ilmiö, jossa sattuma vaikuttaa siihen, mitä alleeleja ja miten runsaana niitä jää populaatioon. AA Aa aa aa Aa AA Popu- laation koko Aika

Tehtävät Käsitekartta Kahden populaation geenipoolit Luonnonvalinta (YO-tehtävä K-08)

1. Käsitekartta Laadi käsitekartta, jossa esitetään evoluutioon johtavat tekijät. Käytä apuna kappaletta ”Evoluutio muuttaa geenipoolia”.

2. Kahden populaation geenipoolit Kahden populaation geenipooleja tutkittiin kolme kertaa kymmenen vuoden välein. a) Kumpaan populaatioista kohdistuu luonnonvalintaa? Perustele. b) Miksi kummassakin populaatiossa eri fenotyyppien määrät vaihtelevat?

3. Luonnonvalinta (YO-tehtävä K-08) a) Kumpaan luonnonvalinta kohdistuu, fenotyyppiin (ilmiasuun) vai genotyyppiin (perimään)? Perustele päätelmäsi. b) Useiden lintulajien koiraat ovat huomiota herättävän värikkäitä, naaraat puolestaan vaatimattoman värisiä. Selitä, miten luonnonvalinta on johtanut näin suuriin eroihin sukupuolten välillä.

Kuvat Napsauta kuva suuremmaksi!

VASTAUS 1: Käsitekartta Mutaatiot (pistemutaatiot, kromosomimutaatiot) Suvullinen lisääntyminen (meioosin rekombinaatio, mendelöinti ja crossing over, hedelmöitys, kumpaninvalinta) Genotyyppi Korkea fitness, alleelit yleistyvät geenipoolissa Ympäristö Hyvä Fenotyyppi Laji muuttuu Huono Matala fitness, alleelit harvinaistuvat geenipoolissa Luonnonvalinta (kohdistuu yksilön ilmeneviin ominaisuuksiin) 29

VASTAUS 2: Kahden populaation geenipoolit Populaatioon 1 kohdistuu luonnonvalintaa, koska alleeli r harvinaistuu ja alleeli R yleistyy (alkutilanteessa alleelien suhde 11:13 ja lopputilanteessa 8:16). Populaatiossa 2 alleelien lukusuhteet eivät muutu. b) Fenotyyppien määrät vaihtelevat sattuman seurauksena. Resessiiviset alleelit ilmenevät vain homotsygoottisina, joten resessiivistä ominaisuutta ilmentävien yksilöiden määrä on pieni, jos heterotsygootteja on paljon. 30

VASTAUS 3: Luonnonvalinta (YO-tehtävä K-08) a) Luonnonvalinta kohdistuu ensisijaisesti fenotyyppiin ja sen kautta välillisesti genotyyppiin. Muuntelu aiheuttaa populaatioon erilaisia yksilöitä, joiden elintoiminnot, rakenteet ja käyttäytyminen eroavat toisistaan. Kelpoisimmat (parhaiten ympäristöönsä sopeutuneet) yksilöt tuottavat eniten jälkeläisiä, jolloin populaation geenipooli muuttuu vähitellen yhä paremmin ympäristöönsä sopeuttavaksi. b) Koiraslintujen värikäs höyhenpuku on tärkeä osa soidinkäyttäytymistä. Höyhenpuvun värit ja muodot toimivat avainärsykkeinä koiraan soidintaessa. Naaras tunnistaa näistäsignaaleista koiraan samaan lajiin kuuluvaksi ja voi arvioida koiraan kuntoa. Luonnonvalinnan seurauksena koiraiden värikkyyden alleelit yleistyvät populaatiossa ajan myötä. Naaraan vaatimattoman värinen höyhenpeite suojelee sitä ja sen poikuetta pedoilta. Mitä paremmin se sulautuu ympäristöönsä, sitä epätodennäköisemmin peto nappaa sen tai sen suojaamat munat tai poikaset. Näin suojaväriltään hyvien naaraiden alleelit yleistyvät populaatiossa ajan myötä. 31