Кіріспе
Теңгерімдеуші таңдау – бірнеше аллельдің (геннің әртүрлі нұсқалары) популяцияның гендік қорында генетикалық дрейфтен күтілетін деңгейден жоғары жиілікте белсенді сақталуын қамтамасыз ететін селекциялық процестердің жиынтығы. Теңгерімдеуші таңдау тазартушы таңдауға қарағанда сирек кездеседі. Ол әртүрлі механизмдер арқылы жүзеге асырылуы мүмкін, әсіресе қарастырылып отырған аллельдер үшін гетерозиготалар гомозиготалардан артық тіршілік етуге ие болған жағдайда. Осылайша генетикалық полиморфизм сақталады. Теңгерімдеуші таңдауға дәлел ретінде популяциядағы мутациялық деңгейден жоғары жиілікте сақталатын аллельдердің саны табылуы мүмкін. Барлық қазіргі заманғы зерттеулер осы маңызды генетикалық айырмашылықтың панмиктикалық популяцияларда кең таралған екенін көрсетті. Полиморфизмді сақтау үшін теңгерімдеуші таңдау жұмыс істейтін бірнеше механизм бар (олардың ешқайсысы да нақты бір популяцияға ғана тән емес). Екі негізгі және ең көп зерттелген механизм – гетерозиготалардың басымдығы және жиілікке тәуелді таңдау.
Гетерозиготалардың артықшылығы
Гетерозиготалық артықшылықта немесе гетерозиялық теңгерімдеу таңдауында, белгілі бір гендік локуста гетерозиготалық болған индивидтің гомозиготалық индивидке қарағанда жоғары тіршілікке ие болуы мүмкін. Бұл механизммен сақталатын полиморфизмдер теңгерімді полиморфизмдер деп аталады. Гетерозиготтардың күтпеген жоғары жиілігі және гетерозиготтардың жоғары деңгейдегі тіршілігіне байланысты, гетерозиготалық артықшылық кейбір әдебиеттерде "үстемдік" деп те аталуы мүмкін. Жақсы зерттелген мысал – адамдардағы серпалы жасушалы анемия, қанның қызыл жасушаларын зақымдайтын тұқым қуалайтын ауру. Серпалы жасушалы анемия гемоглобин генінің аллелін (HgbS) екі ата-анадан мұраға алу нәтижесінде пайда болады. Мұндай жағдайда, қызыл қан жасушаларындағы гемоглобин оттегінің жетіспеуіне өте сезімтал болады, бұл қысқа өмір сүруге әкеледі. Бір ата-анадан серпалы жасушалы генді, екіншісінен қалыпты гемоглобин аллелін (HgbA) мұра алған адамның өмір сүру ұзақтығы қалыпты болады. Алайда, серпалы жасушалы белгіні таситын бұл гетерозиготтар кейде денсаулыққа қатысты мәселелерге тап болуы мүмкін. Гетерозиготтар жыл сайын көптеген адамдардың өліміне себеп болатын малярия паразитіне төзімді келеді. Бұл серпалы жасушалы ауруға шалдыққан гомозиготтарға қарсы күшті таңдау және маляриямен стандартты HgbA гомозиготтарына қарсы таңдау арасындағы теңгерімдеудің мысалы. Гетерозиготтар малярия бар жерде тұрақты артықшылыққа ие (жоғары тіршілікке). HgbS аллелінің оң таңдау арқылы сақталуына гетерозиготтардың малярияның кең таралмаған аймақтарында тіршілігінің төмендеуіне байланысты маңызды дәлелдер қолдайды. Мысалы, Суринамда аллель африкалық құлдардың ұрпақтарының гендік қорында сақталады, өйткені Суринамде малярияның тұрақты жарылыстары болады. Алайда, африкалық құлдардан тараған адамдардың көп саны бар Кюрасаода малярия кең таралған емес, сондықтан HgbS аллелін сақтау үшін таңдау қысымы жоқ. Кюрасаода HgbS аллелі соңғы 300 жылда жиілігі азайды және гетерозиготалық кемшілікке байланысты гендік қорынан жоғалуы мүмкін.
Жиілікке байланысты таңдау
Жиілікке тәуелді таңдау, фенотиптің жарамдылығы белгілі бір популяциядағы басқа фенотиптерге қатысты оның жиілігіне байланысты болатын кезде пайда болады. Оң жиілікке тәуелді таңдауда фенотиптің жарамдылығы оның таралуы артаған сайын көбейеді. Кері жиілікке тәуелді таңдауда фенотиптің жарамдылығы оның таралуы артаған сайын төмендейді. Мысалы, жемді ауыстыру кезінде сирек кездесетін жем түрлері, хищниктердің жиі кездесетін түрлерге назар аударуы себепті, шын мәнінде, жарамдырақ болады. Хищниктердің жалпы жемнің демографиялық жиілігін төмендетуі нәтижесінде, бұрын сирек кездесетін жем түрі кең таралған түрге айналады. Осылайша, үстемдік ететін түр бұрынғы кемшілікке ие түрге айналады. Бұл жем түрлерінің өрлеу және құлау циклдарына әкелуі мүмкін. Қонақ-паразит өзара әрекеттесуі кері жиілікке тәуелді таңдауды тудыруы мүмкін, бұл "Қызыл патшайым" гипотезасына сәйкес келеді. Мысалы, тұщы су Жаңа Зеландия бұршағының (Potamopyrgus antipodarum) Microphallus sp. трематодасымен паразиттік қатынасы бірнеше буын бойы ең көп таралған генотиптердің жиілігінің төмендеуіне әкеледі. Генотип бір буындағы таралуы артаған сайын, Microphallus sp. паразитіне оғұрлым осал болады. Аталған мысалдарда ешбір фенотиптік түр, ешбір генотип толығымен популяциядан жойылмайды, сондай-ақ ешбір фенотиптік түр немесе генотип бекітілуге таңдалмайды. Осылайша, полиморфизм кері жиілікке тәуелді таңдау арқылы сақталады.
Дене шынықтырудың уақыт пен кеңістіктегі ерекшеліктері
Генотиптің жарамдылығы личинка және ересек сатылары арасында, немесе мекендеу ортасының әртүрлі бөліктерінде күрт өзгеруі мүмкін. Уақыт өте келе байқалатын өзгеріс, кеңістіктегі өзгерістен өзгеше, бірнеше түрді сақтап тұруға өзіндік жетерлік емес, себебі көбінесе геометриялық орташа жарамдылығы ең жоғары тип басымдыққа ие болады, бірақ тұрақты бірге тіршілік етуді қамтамасыз ететін бірқатар механизмдер бар.
Күрделі мысалдар
Табиғи ортада тіршілік ететін түрлер көбінесе оқулықтардағы қарапайым мысалдардан гөрі әлдеқайда күрделі болады.
Қаңқалы шаға
Сепаеа неморалис (Cepaea nemoralis) қабығының бай полиморфизмімен танымал. Бұл жүйе бірнеше аллельдер тізбегімен реттеледі. Жолақсыз – басымдыққа ие қасиет, ал жолақтың түрлері модификатор гендермен бақыланады (эпистазға қараңыз). Англияда бұл шаянды әншіл тұяқ (Turdus philomelos) тұрақты түрде аулайды, ол оларды үлкен тастарға (тұяқтарға) тигізіп, қабықтарын жарып алады. Осы жерде сынықтар жинақталып, зерттеушілерге ауланған шаяндарды талдауға мүмкіндік береді. Тұяқтар көзбен аң аулайды және ортаға ең нашар сәйкес келетін түрлерді таңдап алады. Шаян колониялары орман, тікпалар және шалғындарда кездеседі, ал хищник әр колониядағы фенотиптердің (морфтардың) үлесін анықтайды. Шаянға қатысты тағы бір таңдау механизмі жұмыс істейді, онда белгілі бір гетерозиготтар гомозиготтарға қарағанда физиологиялық артықшылыққа ие. Үшіншіден, апостатикалық таңдау болуы мүмкін, онда құстар ең көп таралған морфты артықшылықпен аулайды. Бұл «іздеу үлгісі» эффектісі, онда көру қабілетіне көп сүйенетін хищник жақсы нәтиже берген морфты нысанаға алуын жалғастырады, тіпті басқа морфтар бар болса да. Полиморфизм дерлік барлық ортада сақталады, бірақ морфтардың үлесі айтарлықтай өзгереді. Полиморфизмді басқаратын аллельдер өте тығыз байланысқан супергенді құрайды, байланыс деңгейіге жуық. Бұл механизм популяцияны жағымсыз рекомбинанттардың үлкен санынан сақтайды. Бұл түрде құстардың хищниктігі полиморфизмді басқаратын негізгі (бірақ жалғыз емес) таңдау күші болып көрінеді. Шаяндар әртүрлі ортада өмір сүреді, ал тұяқтар нашар сәйкестікті жақсы анықтай алады. Физиологиялық және жасырын әртүрліліктің мұрагерлігі супергендегі гетерозиготтық артықшылық арқылы сақталады. Жақындағы зерттеулер қабық түсінің терморегуляцияға тигізетін әсерін қамтыды, сондай-ақ мүмкін болатын генетикалық факторлардың кең ауқымы да қарастырылды.
Дрозофиладағы хромосомалық полиморфизм
1930 жылдары Теодосий Добжанский және оның әріптестері Калифорния мен көршілес штаттардағы жабайы популяциялардан Drosophila pseudoobscura және D. persimilis түрлерін жинады. Олар Пейнтер әдісін қолданып, политен хромосомаларын зерттеді және барлық жабайы популяциялардың хромосомалық инверсиялар бойынша полиморфты екенін анықтады. Барлық шыбықтар бірдей көрінеді, олар қандай инверсияларды тасыса да, бұл жасырын полиморфизмнің мысалы. Табиғи іріктеудің жауапты екенін көрсететін дәлелдер жинақталды: үшінші хромосоманың гетерозиготалық инверсияларының мәндері көбінесе жоқ деп есептеген жағдайдағы күтілетін мәннен әлдеқайда жоғары болды. Егер ешқандай артықшылық болмаса, гетерозиготалардың саны Ns (үлгідегі сандар) = p2 + 2pq + q2 формуласына сәйкес келуі керек, мұнда 2pq – гетерозиготалардың саны (Харди-Вайнберг тепе-теңдігін қараңыз). Л’Эретье және Тейсье ойлап тапқан әдісті пайдалана отырып, Добжанский популяцияларды популяциялық камераларда өсірді, бұл оларға тамақтандыруға, көбейтуге және үлгі алуға мүмкіндік берді, сонымен бірге қашудың алдын алды. Бұл нәтижелердің мүмкін түсіндірмесі ретінде миграцияны жоюға мүмкіндік берді. Белгілі бір бастапқы жиіліктегі инверсияларды қамтитын штаммдарды бақыланатын жағдайларда сақтауға болады. Хромосома түрлерінің әртүрлілігі кездейсоқ болмайтыны анықталды, егер олар таңдауға бейтарап болса, олар белгілі бір жиілікке бейімделеді және тұрақтанады. Әртүрлі аймақтарда хромосомалық морфтардың әртүрлі пропорциялары табылды. Мысалы, Гатлинбург, Теннесси маңындағы 18 мильдік (29 км) трансект бойында D. robusta үшін полиморфтық қатынас градиенті байқалды, ол 1000 футтан (305 м) 4000 футқа дейін көтеріледі. Сондай-ақ, жылдың әртүрлі уақыттарында алынған бірдей аймақтардағы формалардың пропорцияларында маңызды айырмашылықтар болды. Бұл популяцияның маусымдық жағдайларға бейімделуінің үнемі қайталанатын циклін көрсетеді. Осы нәтижелерге сәйкес, таңдау ең ықтимал түсіндірме болып табылады. Соңында, морфтарды тек мутация арқылы осы деңгейде сақтау мүмкін емес, ал популяция саны жоғары болғанда генетикалық иркілу де мүмкін емес. 1951 жылға қарай Добжанский хромосомалық морфтардың гетерозиготалардың таңдау артықшылығы арқасында популяцияда сақталып отырғанына көз жеткізді, бұл көптеген полиморфизмдерге тән.
Values for heterozygote inversions of the third chromosome were often much higher than they should be under the null assumption: if no advantage for any form the number of heterozygotes should conform to Ns (number in sample) = p2+2pq+q2 where 2pq is the number of heterozygotes (see Hardy–Weinberg equilibrium). Using a method invented by L'Heretier and Teissier, Dobzhansky bred populations in population cages, which enabled feeding, breeding and sampling whilst preventing escape. This had the benefit of eliminating migration as a possible explanation of the results. Stocks containing inversions at a known initial frequency can be maintained in controlled conditions. It was found that the various chromosome types do not fluctuate at random, as they would if selectively neutral, but adjust to certain frequencies at which they become stabilised. Different proportions of chromosome morphs were found in different areas. There is, for example, a polymorph ratio cline in D. robusta along an 18 mile (29 km) transect near Gatlinburg, TN passing from 1000 feet (305 m) to 4,000 feet. Also, the same areas sampled at different times of year yielded significant differences in the proportions of forms. This indicates a regular cycle of changes which adjust the population to the seasonal conditions. For these results selection is by far the most likely explanation. Lastly, morphs cannot be maintained at the high levels found simply by mutation, nor is drift a possible explanation when population numbers are high. By 1951 Dobzhansky was persuaded that the chromosome morphs were being maintained in the population by the selective advantage of the heterozygotes, as with most polymorphisms.