Кіріспе

Бір түрдің популяциясында екі немесе одан да көп айқын түрлі морфтар немесе формалардың кездесуі. Биологияда полиморфизм – бір түрдің популяциясында екі немесе одан да көп айқын түрлі морфтар немесе формалардың кездесуі. Морфтардың осы ретте жіктелуі үшін, олар бір мезгілде бір мекенде болуы және кездейсоқ жұптасумен (панмиктикалық) популяцияға жатауы керек. Қысқасы, полиморфизм – гендегі белгінің екі немесе одан көп мүмкіндігі. Мысалы, яғуардың терісінің түсіне қатысты бірнеше мүмкін белгі бар; олар ашық түсті морф немесе қара түсті морф болуы мүмкін. Бұл геннің бірнеше нұсқасы болуының нәтижесі болғандықтан, ол «полиморфизм» деп аталады. Егер яғуарда сол геннің тек бір ғана мүмкін белгісі болса, онда ол «мономорфты» деп аталады. Мысалы, егер яғуардың терісінің түсі тек бір ғана болса, онда ол мономорфты деп аталады. «Полифенизм» термині әртүрлі формалардың бір генотиптен туындайтындығын түсіндіру үшін қолданылуы мүмкін. Генетикалық полиморфизм – генетиктер мен молекулалық биологтар генотиптегі белгілі бір мутацияларды сипаттау үшін қолданатын термин, мысалы, жалғыз нуклеотидтік полиморфизмдер, олар әрқашан фенотипке сәйкес келмейді, бірақ әрқашан генетикалық ағаштың бір тармағына сәйкес келеді. Төмендегі мәліметтерді қараңыз. Полиморфизм табиғатта кең таралған; ол биологиялық әртүрлілікке, генетикалық өзгергіштікке және бейімделуге байланысты. Полиморфизм әдетте әртүрлі ортада өмір сүретін популяцияда әртүрлі формаларды сақтауға мүмкіндік береді. Ең көп таралған мысал – көптеген организмдерде кездесетін жыныстық диморфизм. Басқа мысалдар – көбелектердің мимикалық формалары (мимикрияны қараңыз), адам гемоглобині мен қан топтары. Эволюция теориясына сәйкес, полиморфизм түрге тән кез келген ерекшелік сияқты эволюциялық процестердің нәтижесі болып табылады. Ол мұрагерлікке жатады және табиғи іріктеу арқылы өзгереді. Полифенизмде жеке адамның генетикалық құрамы әртүрлі морфтарға мүмкіндік береді, ал қай морфтың көрінетінін анықтайтын механизм қоршаған ортаға байланысты. Генетикалық полиморфизмде генетикалық құрам морфты анықтайды. Полиморфизм термині сондай-ақ бір организмде құрылымдық және функционалдық жағынан екі немесе одан көп түрлі жеке организмдердің (зооидтар) пайда болуын білдіреді. Бұл – қыналардың (cnidarians) ерекшелігі. «Морф» немесе «полиморфизм» сөздерін көзге көрінетін түрлі географиялық түр немесе нұсқаны сипаттау үшін қолдану жиі кездеседі, бірақ бұл дұрыс емес. Географиялық өзгергіштіктің маңызы – ол аллопатрикалық түрленуге әкелуі мүмкін, ал нағыз полиморфизм панмиктикалық популяцияларда жүзеге асады. Бұл термин алғаш рет көзге көрінетін формаларды сипаттау үшін қолданылды, бірақ ол сынақ арқылы анықталатын қан топтары сияқты жасырын морфтарды да қамтиды. Сирек кездесетін өзгерістер полиморфизм ретінде жіктелмейді, ал мутациялар өздері полиморфизмді құрамайды. Полиморфизм ретінде танылуы үшін морфтар арасында мұрагерлікпен байланысты тепе-теңдік болуы керек. Критерий – ең сирек кездесетін морфтың жиілігі жаңа мутациялардың нәтижесі болуы үшін тым жоғары болуы керек немесе, шамамен алғанда, 1%-дан жоғары болуы керек (бұл бір аллель үшін кез келген қалыпты мутация деңгейінен әлдеқайда жоғары). Классикалық генетика үшін Джон Мейнард Смит (1998). Эволюциялық биолог Джулиан Хаксли (1955) «морфизм» деген қысқа терминді ұсынды. Организмнің әртүрлі полиморфтық формаларын сипаттау үшін әртүрлі синонимдер бар. Ең көп қолданылатындары – морф және морфа, ал формальды термин – морфотип. Кейде форма және фаза қолданылады, бірақ зоологияда оларды жануарлар популяциясындағы «форма» және қоршаған ортаның жағдайларына байланысты организмдегі түс немесе басқа да өзгерістер ретінде шатастыру оңай. Фенотиптік белгілер мен сипаттамалар да мүмкін сипаттамалар, бірақ бұл дененің шектеулі аспектісін білдіреді. Зоологияның таксономиялық номенклатурасында «морфа» сөзі мен морфтың латынша атауын биноминалды немесе триноминалды атауға қосуға болады. Алайда, бұл географиялық түрленетін сақина түрлерімен немесе түр ішіндегі түрлермен шатасуға мүмкіндік береді, әсіресе егер олар политиптік болса. Морфтардың ICZN-де ресми мәртебесі жоқ. Ботаникалық таксономияда морфтар ұғымы ICN-мен ресми түрде реттелетін «түрлілік», «субвариант» және «форма» терминдерімен бейнеленеді. Бағбандар кейде «түрлілік» сөзін культиватормен шатастырады («түрлілік» жүзім шаруашылығында, күріш шаруашылығы жаргонында және үй шаруашылығында қолданылады) және «өсімдік түрлілігі» (интеллектуалдық меншік нысаны ретінде культиваторды қорғау) заңдық ұғымымен шатастырады.

Салыстырмалы жиілігі

Эндлердің табиғи іріктеу туралы шолуы, табиғи іріктеуді көрсететін зерттеулерде полиморфизмнің салыстырмалы маңыздылығына қатысты мәліметтер берді. Қорытынды нәтижелер: Табиғи іріктеуді көрсететін түрлердің саны: 141. Санаулы қасиеттерді көрсететін зерттеулер саны: 56. Полиморфты қасиеттерді көрсететін зерттеулер саны: 62. Санаулы және полиморфты қасиеттерді бірге көрсететін зерттеулер саны: 23. Бұл, полиморфизмдер табиғи іріктеуді зерттеуде үздіксіз өзгерістермен бірдей жиілікте кездесетінін, демек эволюциялық процестің құрамдас бөлігі болуы мүмкін екенін көрсетеді.

Теңгерімдеуді таңдау механизмдері

Гетерозис (немесе гетерозиготалық артықшылық): "Гетерозис: белгілі бір локустағы гетерозигота екі гомозиготадан да жақсырақ". Жиілікке тәуелді таңдау: белгілі бір фенотиптің сәйкестігі, берілген популяциядағы басқа фенотиптерге қатысты оның жиілігіне байланысты. Мысал: жемді ауыстыру, мұнда сирек кездесетін жем түрлерінің сәйкестігі жоғары болады, себебі хищниктер көбірек кездесетін түрлерге назар аударады. "Егер бейтарап белгі плейотроптық байланыс арқылы пайдалы белгімен байланысты болса, ол табиғи таңдау процесі нәтижесінде пайда болуы мүмкін. Ол таңдалған, бірақ бұл оның бейімделу екенін білдірмейді. Себебі, ол таңдалғанмен, осы белгіге таңдау жасалмаған".

Эпистаз

Эпистаз бір геннің экспрессиясы екінші генмен өзгертілгенде пайда болады. Мысалы, А генінің әсері тек B1 аллелі (басқа локуста) болғанда ғана байқалады, ал ол болмаса, әсері көрінбейді. Бұл екі немесе одан көп геннің бірігіп, бірнеше қасиетте үйлесімді өзгерістерді (мысалы, мимикрияда) тудырудың бір жолы. Супергеннен өзгеше, эпистаздық гендер тығыз байланыста болуы керек немесе тіпті бір хромосомада орналасқан болуы міндетті емес. Плейотропизм де, эпистаз да геннің кейіпке бұрынғыдай қарапайым байланыста болуы қажет емес екенін көрсетеді.

Супергендердің пайда болуы

Полиморфизмді аллельдер бір локуста (мысалы, адамдағы АВО қан тобы) бақылай алса да, күрделі формаларын бір хромосомадағы бірнеше тығыз байланысты гендерден тұратын супергендер бақылайды. Көппіршіктердегі батезиан мимикриясы және гүлді өсімдіктердегі гетеростилиясы жақсы мысалдар. Бұл жағдайдың қалай пайда болғаны туралы ұзаққа созылған пікірталас бар, және мәселе әлі шешілмеген. Гендер отбасы (бірнеше тығыз байланысты, ұқсас немесе бірдей функцияларды орындайтын гендер) бір ғана бастапқы геннің дупликациясы арқылы пайда болса, супергендерде мұндай жағдай көбінесе болмайды. Супергеннің құрамындағы кейбір гендердің функциялары өте ерекше, сондықтан олар таңдау барысында біріккен болуы керек. Бұл процеске кроссинговерді басу, хромосома фрагменттерінің транслокациясы және мүмкін, цистрондардың эпизодтық дупликациясы қатысуы мүмкін. Кроссинговерді таңдау арқылы басуға болатыны көп жылдар бойы белгілі. Пікірталас супергендегі құраушы гендер жеке хромосомаларда басталып, кейіннен қайта ұйымдастырылған болуы мүмкін бе, әлде олар бірден бір хромосомада басталуы керек пе деген сұраққа ортасталған. Бастапқыда хромосомалық реттелу маңызды рөл атқарады деп есептелді. Бұл түсіндірме Е.Б. Форд қабылдап, оны экологиялық генетика жөніндегі еңбектеріне енгізді. Олар супергендер өз орнында пайда болды деп санайды. Бұл Тернердің ілкіш гипотезасы деп аталады. Джон Мейнард Смит өзінің беделді оқулығында осы көзқарасқа қосылды. Адам емес маймылдардың қан тобы адамдардың қан тобына ұқсас; бұл полиморфизмнің осы түрі ежелгі, кем дегенде маймылдар мен адамның соңғы ортақ атасы тұсында және мүмкін одан да ертерек болғанын көрсетеді. Морфтардың салыстырмалы үлесі әртүрлі болуы мүмкін; нақты мәндер морфтардың белгілі бір уақытта және жердегі тиімді жарамдылығымен анықталады. Гетерозиготаның артықшылығының механизмі қатысқан локус немесе локустардағы кейбір баламалы аллельдердің популяцияда болуын қамтамасыз етеді. Тек бәсекелес таңдау жойылған жағдайда ғана аллель жоғалады. Дегенмен, гетерозиготаның артықшылығы полиморфизмді сақтаудың жалғыз жолы емес. Апостатикалық таңдау, яғни хищник сирек кездесетін морфтарды елемей, көп кездесетін морфты жеуі мүмкін және осылай болады. Бұл сирек кездесетін морфтардың жойылуына қарсы тұруға көмектеседі. Полиморфизм түрдің қоршаған ортаға бейімделуімен тығыз байланысты, ол түс, тамақ көзі, хищниктер және жыныстық зорлық-зомбылықтан қашу сияқты көптеген факторлармен байланысты болуы мүмкін. Полиморфизм - мүмкіндіктерді пайдаланудың бір жақсы жолы; ол тірі қалу құндылығына ие, ал модификатор гендерін таңдау полиморфизмді күшейтуі мүмкін. Сонымен қатар, полиморфизм түрленудің жоғары деңгейімен байланысты болып көрінеді.

Полиморфизм және нишаның әртүрлілігі

Нишалық зерттеулердің негізін қалаушы Г. Эвелин Хатчинсон: "Экологиялық тұрғыдан алғанда, барлық түрлер немесе кем дегенде барлық көп кездесетін түрлер бірнеше нишаға бейімделген популяциялардан тұрады". Ол мысал ретінде жыныстық диморфизм және мимикрияны келтірді. Көптеген жағдайларда, егер аталық ұрғашыдан қысқа өмір сүрсе және кішірек болса, ол оның ересек және ересекке дейінгі өмірінің соңғы кезеңінде онымен бәсекелеспейді. Мөлшерінің айырмашылығы екі жыныстың да әртүрлі нишаларды пайдалануына мүмкіндік береді. Мимикрияның күрделі жағдайларында, мысалы, Африкалық көсеуші Papilio dardanus, ұрғашы түрлері Batesian мимикриясы деп аталатын бірнеше дәмсіз үлгілерді шамамен бір аймақта қайталайды. Әр түрлі мимикрияның сәттілігі оның таралуымен бірге төмендейді, сондықтан полиморфизм жиілікке тәуелді таңдау арқылы сақталады. Осылайша, мимикрияның тиімділігі үлкен популяцияда сақталады. Дегенмен, ол бір жыныста да кездесуі мүмкін. Зерттеушілер P. dardanus популяциясының Пемба аралындағы (Танзания) кейбір ұрғашыларындағы аталық сияқты фенотиптің, жұптасу іздейтін аталықтан жасыру үшін пайда болатынын анықтады. Зерттеушілер аталықтың жұптасу таңдауы жиілікке тәуелді таңдаумен бақыланатынын анықтады, яғни сирек кездесетін морфтар, көп кездесетін морфтарға қарағанда жұптасу әрекеттерінен аз зардап шегеді. Әйелдердің аталықтың жыныстық мазалауынан аулақ болу себебі – аталықтың жұптасу әрекеті ұрғашының денсаулығына, мысалы, өнімділігіне және ұзақ өмір сүруіне зиян келтіруі мүмкін.

Ауыстырғыш

Бірнеше морфтың қайсысын жеке тұлға көрсететініне шешім қабылдайтын механизмді ауыстырғыш деп атайды. Бұл ауыстырғыш генетикалық немесе қоршаған ортаның әсерінен болуы мүмкін. Мысал ретінде жынысты анықтауды қарастырсақ, адамдарда бұл генетикалық, XY жыныстық анықтау жүйесі арқылы анықталады. Гименоптераларда (құмырсқалар, аралар және былдырықтар) жынысты анықтау гаплодиплоидия арқылы жүзеге асырылады: әйелдердің барлығы диплоидты, ал еркектер гаплоидты. Дегенмен, кейбір жануарларда жынысты қоршаған ортаның факторы анықтайды: аллигаторлар осыған тамаша мысал. Құмырсқаларда жұмысшылар мен күзетшілердің арасындағы айырмашылық – қоршаған ортаның әсері, яғни дернәсілдерді тамақтандыру арқылы анықталады. Қоршаған ортаның факторымен байланысты полиморфизм полифенизм деп аталады. Полифенизм жүйесінде генетикалық полиморфизмде жоқ қоршаған ортаға бейімделудің белгілі бір дәрежесі бар. Алайда, мұндай қоршаған ортаның факторлары екі әдіздің азырақ таралған түрі болып табылады.

Эволюциялық теорияның маңызы

Полиморфизм Э. Б. Фордтың және оның әріптестерінің 1920 жылдардың ортасынан 1970 жылдарға дейінгі экологиялық генетика саласындағы зерттеулері үшін шешуші болды (осыған ұқсас жұмыстар бүгін де жалғасуда, әсіресе мимикрия бойынша). Нәтижелер ғасырдың ортасындағы эволюциялық синтезге және қазіргі эволюциялық теорияға елеулі әсер етті. Бұл жұмыс табиғи іріктеу эволюцияның басты механизмі ретінде көп назарға алынбаған кезде басталды, Сеуолл Райттың дрейф туралы идеялары кең таралған орта кезеңнен өтіп, 20-шы ғасырдың соңғы тоқсанына дейін, Кимураның молекулалық эволюцияның бейтарап теориясы сияқты идеяларға көп көңіл бөлінгенге дейін жалғасты. Экологиялық генетика бойынша жұмыстың маңызы – табиғи популяциялардың эволюциясында іріктеудің қаншалықты маңызды екенін көрсетуі, және бұл іріктеу тіпті Халдейн мен Фишер сияқты оның маңыздылығына сенген популяциялық генетиктердің ойлағаннан да күшті күш екенін дәлелдеуі. Фишер, Форд, Артур Кейн, Филипп Шепард және Сирил Кларктың еңбектері небәрі бірнеше онжылдықта генетикалық дрейфтің орнына табиғи іріктеуді табиғи популяциялардағы өзгерістің басты түсіндірмесі ретінде алға жылжытты. Бұған дәлел ретінде Майрдың "Жануарлар түрлері және эволюция" және Фордтың "Экологиялық генетика" атты белгілі кітаптарын қарастыруға болады. Кимура молекулалық эволюцияны, ол таңдамалы бейтарап мутациялардың басымдығымен сипатталатынын, және фенотиптік белгілерді, оларға ықтимал, дрейф емес, табиғи іріктеудің басымдығымен сипатталатынын ажыратты.