Популяциялық генетикадағы идеалды популяция моделі
Idealised population
Популяциялық генетикадағы идеалды популяция: негізгі ұғымдар, Врайт-Фишер моделі, тұрақты мөлшер, кездейсоқ жұптасу. Теориялық зерттеулерге көмектеседі.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Популяциялық генетикада идеалданған популяция – бірнеше қарапайымдау шарттарды қолдану арқылы сипатталатын популяция. Идеалданған популяциялардың модельдері жалпы мәселені түсіндіру үшін немесе шарттары толық орындалмауы мүмкін нақты популяциялардың деректеріне сәйкес келтіру үшін қолданылады. Мысалы, коалесценттік теория деректерді идеалданған популяциялардың модельдерімен сәйкестендіруге пайдаланылады. Халық генетикасындағы ең көп қолданылатын идеалданған популяция Сьюолл Райт пен Рональд Фишердің (1922, 1930) және (1931) жұмыстары негізінде жасалған Райт-Фишер моделімен сипатталады. Райт-Фишер популяциясының саны тұрақты болады, ал оның мүшелері кез келген басқа мүшемен жұптасып, көбейе алады. Тағы бір мысал – Моран моделі, ол Фишер-Райт моделінің ұрпақтарының бірінен соң бірі келмейтін емес, бірімен-бірі жабысатын ұрпақтарына ие. Нақты популяциялардың күрделілігі олардың мінез-құлқының нақты популяцияның тікелей санағынан өте өзгеше тиімді популяция санымен сәйкес идеалданған популяцияға ұқсауына әкелуі мүмкін. Жыныстық диплоидтар үшін идеалданған популяцияларда генотиптік жиіліктер Харди-Вайнберг тепе-теңдігіне сәйкес аллельдік жиіліктермен байланысты болады.
In population genetics an idealised population is one that can be described using a number of simplifying assumptions. Models of idealised populations are either used to make a general point, or they are fit to data on real populations for which the assumptions may not hold true. For example, coalescent theory is used to fit data to models of idealised populations. The most common idealized population in population genetics is described in the Wright Fisher model after Sewall Wright and Ronald Fisher (1922, 1930) and (1931). Wright Fisher populations have constant size, and their members can mate and reproduce with any other member. Another example is a Moran model, which has overlapping generations, rather than the non overlapping generations of the Fisher Wright model. The complexities of real populations can cause their behavior to match an idealised population with an effective population size that is very different from the census population size of the real population. For sexual diploids, idealized populations will have genotype frequencies related to the allele frequencies according to Hardy Weinberg equilibrium.
Харди-Вайнберг
1908 жылы Г.Х. Харди мен Вильгельм Вайнберг таңдау, көші-қон және кездейсоқ генетикалық дрейф болмаған жағдайда аллель жиіліктерінің уақыт өте келе өзгермейтінін, ал кездейсоқ жұптасу болғанда генотип жиіліктерінің аллель жиіліктерімен биномдық квадрат принципі арқылы байланысты болатынын көрсету үшін идеалданған популяцияны модельдеді. Бұл қағида Харди-Вайнберг заңы деп аталады.
In 1908, G. H. Hardy and Wilhelm Weinberg modeled an idealised population to demonstrate that in the absence of selection, migration, random genetic drift, allele frequencies stay constant over time, and that in the presence of random mating, genotype frequencies are related to allele frequencies according to a binomial square principle called the Hardy Weinberg law.
Халық динамикасындағы қолдануы
Табиғи популяция жағдайларын қадағалаудағы идеалданған популяциялық модельді қолданудың жақсы мысалын Джо Роман мен Стивен Р. Палумбидің (2003) зерттеуінен табуға болады. Олар генетикалық әртүрлілік деректерін пайдаланып, мына сұраққа жауап іздеді: Солтүстік Атлантикадағы алып киттердің популяциясы коммерциялық кит аулау үшін жеткілікті деңгейде қалпына келді ме? Генетикалық әртүрлілікті есептеу үшін авторлар әйелдердің ұзақ мерзімді тиімді популяция мөлшерін екіге көбейтеді, бұл 1:1 жыныс қатынасын ескереді, содан кейін митохондриялық гендердің бір буын ішіндегі ауысу жылдамдығына көбейтеді. Жыныс қатынасы мен жас дарақтардың санына қатысты бірнеше болжамдар жасап, олар тарихи жазбалармен салыстырғанда, қазіргі киттердің популяциясы аулауға болатын деңгейден қашық екенін анықтады.
A good example of usage idealised population model, in tracking natural population conditions, could be found in a research of Joe Roman and Stephen R. Palumbi (2003). Using genetic diversity data, they questioned: have populations of North Atlantic great whales recovered enough for commercial whaling? To calculate genetic diversity the authors multiply long term effective population size of the females by two, assuming sex ratio 1:1, and then multiply by mitochondrial genes substitution rate, per generation. Making several assumptions according to the sex ratio and number of juveniles, they were able to calculate that in contrast to historical records, modern whale populations are far from harvestable range.
Халықтың тарихындағы қолдану
Идеалданған популяциялық модельдер қазіргі популяция жағдайлары туралы ақпаратпен ғана емес, сонымен қатар табиғи тарихты және популяциялық динамиканы анықтауға да көмектеседі. Андерс Эриксон мен Андреа Маника (2012) идеалданған популяциялық модельді қолданып, ежелгі адамдардың қазіргі адамдармен араласу гипотезасын тексерді. Авторлар неандертальдықтар мен шимпанзелердің геномдық тізбектерін салыстырды. Эриксон мен Маника Африка мен Еуразияны бірдей мөлшердегі популяциялар тізбегі ретінде бейнелейтін "баспалдақ" моделін жасады. Олар "баспалдақ" моделі бойынша, еуропалықтар африкалықтармен емес, азиялықтармен генетикалық ақпарат алмасса, неандертальдық геном мен еуразиялық геном арасындағы ұқсастықтарды ежелгі популяциялардың құрылымымен түсіндіруге болады деген қорытындыға келді.
Idealised population models could not only provide us with information about present populations conditions but are useful in revealing natural history and population dynamics in the past as well. Using an idealised population model, Anders Eriksson and Andrea Manica (2012) tested the hypothesis of the archaic human admixture with modern humans. The authors compare genome sequences of two human populations, Neanderthals and chimpanzee. Eriksson and Manica created a stepping stone model under which Africa and Eurasia are represented as a string of equal size populations. They concluded that under the stepping stone model, in which Europeans can exchange genetic information with Asians and not with Africans, similarities between Neanderthal genome and Eurasian could be explained by ancient populations structure.
Компьютерлік симуляциялар
Модельдерді пайдалану эволюциялық нәтижелерді болжау үшін симуляцияларды, соның ішінде компьютерлік симуляцияларды жүргізуге мүмкіндік береді. Мысалы, PopG – бұл Фишер-Райт моделіне негізделген популяциялардың бір мезгілде эволюциясын симуляциялауға қабілетті тегін компьютерлік бағдарлама. Идеалданған популяциялық модельді де білім беру мақсатында жасалған бірнеше қарапайым симуляцияларда қолдануға болады. Мысалы, «Чарльз Дарвин: Сіз аман қала аласыз ба?» симуляциясы табиғи іріктеу концепциясын көпшілікке таныстыруға арналған. Тағы бір мысал – «Генетикалық дрифт» симуляторы (жаңартылған Java нұсқасы қажет), ол табиғи популяцияларға генетикалық дрифттың әсерін визуализациялауға бағытталған.
Usage of models, also allows to perform simulations, including in silica ones, to hypothesize evolutionary outcomes. As an example, PopG is a free computer program that is capable of simulating simultaneous evolution of populations based on Fisher Wright model. Idealised population model also, could be used in several simple simulations designed for education. So, Charles Darwin: Can you survive? Simulation is designed to introduce general public to the concept of natural selection. Another example is Genetic Drift simulator (Requires an updated Java version), which is designed to visualize influence of genetic drift on natural populations.