Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Түрдің генетикалық ерекшеліктерінің жалпы саны
Total number of genetic characteristics in a species
Генетикалық әртүрлілік – бұл түрдің генетикалық құрамындағы генетикалық ерекшеліктердің жалпы саны. Ол түрлер санынан бастап түр ішіндегі айырмашылықтарға дейін кең ауқымды болады және түрдің тірі қалу мерзімімен байланысты. Ол генетикалық ерекшеліктердің өзгеру бейіміне сипаттама беретін генетикалық өзгергіштіктен ерекшеленеді. Генетикалық әртүрлілік популяциялардың өзгеріп жатқан ортаға бейімделуіне мүмкіндік береді. Қаншалықты көп түрлену болса, популяциядағы қаншалықты көп жеке тұлғалар ортаға сәйкес аллельдердің нұсқаларына ие болады. Ондай жеке тұлғалар сол аллельді алып жүретін ұрпақтарды өрбітуге бейім болады. Бұл жеке тұлғалардың табысының арқасында популяция бірнеше буынға жалғасады. Популяциялық генетика ғылымы генетикалық әртүрлілікке қатысты бірнеше гипотезалар мен теорияларды қамтиды. Эволюцияның бейтарап теориясы әртүрлілікті бейтарап алмасулардың жинақталуының нәтижесі деп қарастырады. Түрлендіруші таңдау – бұл түрдің екі кіші популяциясы әртүрлі ортада тіршілік етеді және белгілі бір локуста әртүрлі аллельдерді таңдайды деген гипотеза. Мысалы, егер түрдің географиялық ареалы сол түр ішіндегі жеке тұлғалардың жылдамдығына қарағанда кең болса, мұндай жағдай туындауы мүмкін. Жиілікке тәуелді таңдау – аллельдердің таралу жиілігі артаған сайын, олар осал бола бастайды деген гипотеза. Бұл ие-патоген қарым-қатынасында байқалады, онда ие арасында қорғаныс аллелінің жоғары жиілігі патогеннің осы аллельді жеңіп алса, таралу мүмкіндігін арттырады.
Genetic diversity is the total number of genetic characteristics in the genetic makeup of a species, it ranges widely from the number of species to differences within species and can be attributed to the span of survival for a species. It is distinguished from genetic variability, which describes the tendency of genetic characteristics to vary. Genetic diversity serves as a way for populations to adapt to changing environments. With more variation, it is more likely that some individuals in a population will possess variations of alleles that are suited for the environment. Those individuals are more likely to survive to produce offspring bearing that allele. The population will continue for more generations because of the success of these individuals. The academic field of population genetics includes several hypotheses and theories regarding genetic diversity. The neutral theory of evolution proposes that diversity is the result of the accumulation of neutral substitutions. Diversifying selection is the hypothesis that two subpopulations of a species live in different environments that select for different alleles at a particular locus. This may occur, for instance, if a species has a large range relative to the mobility of individuals within it. Frequency dependent selection is the hypothesis that as alleles become more common, they become more vulnerable. This occurs in host–pathogen interactions, where a high frequency of a defensive allele among the host means that it is more likely that a pathogen will spread if it is able to overcome that allele.
Түрлер арасындағы әртүрлілік
Ұлттық ғылым қорының 2007 жылы жүргізген зерттеуі генетикалық әртүрлілік (түр ішіндегі әртүрлілік) пен биологиялық әртүрліліктің бір-біріне тәуелді екенін көрсетті, яғни түрлер арасындағы әртүрлілікті сақтау үшін түрлер ішіндегі әртүрлілік қажет, және керісінше. Зерттеудің жетекшісі, доктор Ричард Ланкаудың сөзіне сәйкес, "егер жүйеден бір түр алынып тасталса, цикл бұзылып, қоғамдастық бір түрдің үстемдігіне ұшырауы мүмкін". Генотиптік және фенотиптік әртүрлілік барлық түрлерде ақуыз, ДНҚ және организм деңгейінде кездеседі; табиғатта бұл әртүрлілік кездейсоқ емес, жақсы құрылымдалған және қоршаған ортаның өзгеруімен және стресстік жағдайлармен байланысты. Генетикалық және түрлік әртүрлілік арасындағы өзара байланыс нәзік. Түрлер әртүрлілігіндегі өзгерістер қоршаған ортаның өзгеруіне алып келеді, бұл қалған түрлердің бейімделуіне ықпал етеді. Генетикалық әртүрліліктегі өзгерістер, мысалы түрлердің жоғалуы, биологиялық әртүрліліктің азаюына себеп болады.
A study conducted by the National Science Foundation in 2007 found that genetic diversity (within species diversity) and biodiversity are dependent upon each other — i. e. that diversity within a species is necessary to maintain diversity among species, and vice versa. According to the lead researcher in the study, Dr. Richard Lankau, "If any one type is removed from the system, the cycle can break down, and the community becomes dominated by a single species." Genotypic and phenotypic diversity have been found in all species at the protein, DNA, and organismal levels; in nature, this diversity is nonrandom, heavily structured, and correlated with environmental variation and stress. The interdependence between genetic and species diversity is delicate. Changes in species diversity lead to changes in the environment, leading to adaptation of the remaining species. Changes in genetic diversity, such as in loss of species, leads to a loss of biological diversity.
Бейтарап және бейімделетін генетикалық әртүрлілік
Нейтралды генетикалық әртүрлілік – денеге пайда келтірмейтін және бейімделуге жауап бермейтін гендерден тұрады. Адаптивті генетикалық әртүрлілік – денеге пайда келтіріп, қоршаған ортаның өзгеруіне бейімделуге мүмкіндік беретін гендерден тұрады. Табиғи іріктеу адаптивті гендерге әсер етеді, бұл организмдердің эволюциясына ықпал етеді. Бұл, төменгі нейтралды генетикалық әртүрлілік жоғары генетикалық дрейф пен жоғары мутациялық жүктемемен байланысты ма, жоқ па деген сұраққа жауап таппауымызбен күшейеді.
Neutral genetic diversity consists of genes that do not increase fitness and are not responsible for adaptability. Adaptive genetic diversity consists of genes that increase fitness and are responsible for adaptability to changes in the environment. Natural selection acts on adaptive genes which allows the organisms to evolve. This is magnified by a lack of understanding whether low neutral genetic diversity is correlated with high genetic drift and high mutation load.
Бейімделу
Популяцияның гендік қорындағы айырмашылықтар табиғи іріктеудің популяцияға өзгеріп жатқан ортаға бейімделуге мүмкіндік беретін қасиеттерге әсер етуіне жағдай жасайды. Қоршаған ортаның өзгеруімен бірге белгілі бір қасиетті қолдауға немесе оған қарсы іріктеу жүруі мүмкін – бұл жаңа мутация іріктеліп, сақталса генетикалық әртүрліліктің артуына, ал қолайсыз аллельге қарсы іріктеу жүрсе генетикалық әртүрліліктің төмендеуіне әкеледі. Осылайша, генетикалық әртүрлілік түрлердің тірі қалуы мен бейімделу қабілеті үшін маңызды рөл атқарады. Популяцияның өзгеріп жатқан ортаға бейімделу қабілеті қажетті генетикалық әртүрліліктің болуына байланысты болады. Популяцияның генетикалық әртүрлілігі қаншалықты жоғары болса, оның бейімделуі мен тірі қалу мүмкіндігі де соншалықты артады. Керісінше, популяцияның климаттың өзгеруі немесе жаңа аурулар сияқты өзгерістерге осалдығы генетикалық әртүрліліктің азаюымен бірге артады. Мысалы, коалалардың хламидиямен және коала ретровирусымен (KoRV) күресуге бейімделе алмауы коаланың төмен генетикалық әртүрлілігімен байланысты. Бұл төмен генетикалық әртүрлілік генетиктерді коалалардың болашақта климаттың өзгеруіне және адамның қоршаған ортаға тигізетін әсерлеріне бейімделу қабілетіне қатысты алаңдатуда. Шағын популяцияларда ұқсас генетикалық құрамы бар индивидтер арасындағы инбридинг, яғни туысқа отыру жиі кездеседі, бұл ортақ аллельдердің бекітілуіне дейін жалғасады, соның салдарынан генетикалық әртүрлілік төмендейді. Сондықтан генетикалық әртүрлілік туралы алаңдаушылық, әсіресе ірі сүтқоректілер үшін маңызды, себебі олардың популяциясы шағын, ал адамның әсерінен туындаған популяциялық өзгерістердің деңгейі жоғары. [16]
Variation in the populations gene pool allows natural selection to act upon traits that allow the population to adapt to changing environments. Selection for or against a trait can occur with changing environment – resulting in an increase in genetic diversity (if a new mutation is selected for and maintained) or a decrease in genetic diversity (if a disadvantageous allele is selected against). Hence, genetic diversity plays an important role in the survival and adaptability of a species. The capability of the population to adapt to the changing environment will depend on the presence of the necessary genetic diversity The more genetic diversity a population has, the more likelihood the population will be able to adapt and survive. Conversely, the vulnerability of a population to changes, such as climate change or novel diseases will increase with reduction in genetic diversity. For example, the inability of koalas to adapt to fight Chlamydia and the koala retrovirus (KoRV) has been linked to the koala's low genetic diversity. This low genetic diversity also has geneticists concerned for the koalas' ability to adapt to climate change and human induced environmental changes in the future. In small population sizes, inbreeding, or mating between individuals with similar genetic makeup, is more likely to occur, thus perpetuating more common alleles to the point of fixation, thus decreasing genetic diversity. Concerns about genetic diversity are therefore especially important with large mammals due to their small population size and high levels of human caused population effects. [16]
Генетикалық тартылыс (bottleneck) популяцияда индивидтер санының азаю кезеңінен өткен кезде пайда болуы мүмкін, нәтижесінде генетикалық әртүрлілік күрт төмендейді. Популяция санының артуына қарамастан, генетикалық әртүрлілік көбінесе төмен деңгейде қалады, егер түрдің барлығы шағын популяциядан бастау алған болса, себебі пайдалы мутациялар (төменде қараңыз) сирек кездеседі және гендік қор шағын бастапқы популяциямен шектеледі. Бұл генетикалық сақтау саласында, генетикалық жағынан сау популяцияны немесе түрді қайта жаңғыртуға жұмыс істегенде маңызды мәселе болып табылады.
A genetic bottleneck can occur when a population goes through a period of low number of individuals, resulting in a rapid decrease in genetic diversity. Even with an increase in population size, the genetic diversity often continues to be low if the entire species began with a small population, since beneficial mutations (see below) are rare, and the gene pool is limited by the small starting population. This is an important consideration in the area of conservation genetics, when working toward a rescued population or species that is genetically healthy.
Мутация
Кездейсоқ мутациялар генетикалық өзгерісті үнемі тудырады. Мысалы, африкалық Anopheles gambiae масасында инсектицидке төзімді мутация пайда болды. A. gambiae масаларының бір бөлігінің Anopheles coluzziin масаларының популяциясына қоныс аударуы нәтижесінде, бір түрден екінші түрге пайдалы төзімді ген жеткізілді. Мутация A. gambiae-де генетикалық әртүрлілікті арттырды, ал гендер ағыны A. coluzziin-де генетикалық әртүрлілікті арттырды.
Random mutations consistently generate genetic variation. For example, an insecticide resistant mutation arose in Anopheles gambiae African mosquitoes. Migration of some A. gambiae mosquitoes to a population of Anopheles coluzziin mosquitoes resulted in a transfer of the beneficial resistance gene from one species to the other. The genetic diversity was increased in A. gambiae by mutation and in A. coluzziin by gene flow.
Өсімдіктерде
Адамдар алғаш егіншілікпен айналыса бастағанда, қажетті қасиеттерін дамыту үшін селекциялық өсіруді қолданды, ал қажетсіз қасиеттерін жойды. Селекциялық өсіру монокультураға алып келеді: генетикалық тұрғыдан дерлік бірдей өсімдіктерден тұратын шаруашылықтар. Генетикалық әртүрліліктің аздығы немесе мүлдем болмауы егінді кең таралған ауруларға өте осал етеді; бактериялар үнемі өзгеріп, мутацияға ұшырайды және ауру тудыратын бактерия белгілі бір генетикалық нұсқауға шабуыл жасағанда, ол түрдің көп бөлігін оңай жоя алады. Егер бактерия шабуылдайтын генетикалық нұсқау адамдар жинау үшін селекциялық өсіру арқылы дамытқан болса, онда бүкіл егін қырылады. XIX ғасырдағы Ирландиядағы Ұлы ашаршылықтың бір себебі биологиялық әртүрліліктің жетіспеушілігі болды. Жаңа картоп өсімдіктері көбею арқылы емес, аналық өсімдіктің бөліктерінен өседі, сондықтан генетикалық әртүрлілік дамытылмайды және бүкіл егін бір картоптың клоны болып табылады, бұл оны эпидемияға әсіресе осал етеді. 1840 жылдары Ирландия халқының көп бөлігі картопқа тәуелді болды. Олар негізінен "lumper" сорты картопты отырғызды, ол Phytophthora infestans деп аталатын омицет тудыратын шіруге бейім. Саңырауқұлақ картоп егісінің көп бөлігін жойды және миллион адамды аштықтан өлді. Ауыл шаруашылығындағы генетикалық әртүрлілік аурулар ғана емес, сонымен қатар шөп жейтін жануарлармен де байланысты. Жоғарыдағы мысалға ұқсас, монокультуралық шаруашылық учаскеде біркелкі болатын қасиеттерді таңдайды. Егер бұл генотип белгілі бір шөп жейтін жануарларға осал болса, онда егіннің көп бөлігі жойылуы мүмкін. Фермерлер бұл мәселені аралас егіс арқылы шешеді. Туыс емес немесе генетикалық жағынан ерекше егістерді шөп жейтін жануарлар мен олардың сүйікті қожайын өсімдіктері арасында кедергі ретінде қатарлап отырғызу арқылы фермер шөп жейтін жануарлардың бүкіл учаскеде таралу мүмкіндігін тиімді түрде азайтады.
When humans initially started farming, they used selective breeding to pass on desirable traits of the crops while omitting the undesirable ones. Selective breeding leads to monocultures: entire farms of nearly genetically identical plants. Little to no genetic diversity makes crops extremely susceptible to widespread disease; bacteria morph and change constantly and when a disease causing bacterium changes to attack a specific genetic variation, it can easily wipe out vast quantities of the species. If the genetic variation that the bacterium is best at attacking happens to be that which humans have selectively bred to use for harvest, the entire crop will be wiped out. The nineteenth century Great Famine in Ireland was caused in part by a lack of biodiversity. Since new potato plants do not come as a result of reproduction, but rather from pieces of the parent plant, no genetic diversity is developed, and the entire crop is essentially a clone of one potato, it is especially susceptible to an epidemic. In the 1840s, much of Ireland's population depended on potatoes for food. They planted namely the "lumper" variety of potato, which was susceptible to a rot causing oomycete called Phytophthora infestans. The fungus destroyed the vast majority of the potato crop, and left one million people to starve to death. Genetic diversity in agriculture does not only relate to disease, but also herbivores. Similarly, to the above example, monoculture agriculture selects for traits that are uniform throughout the plot. If this genotype is susceptible to certain herbivores, this could result in the loss of a large portion of the crop. One way farmers get around this is through inter cropping. By planting rows of unrelated, or genetically distinct crops as barriers between herbivores and their preferred host plant, the farmer effectively reduces the ability of the herbivore to spread throughout the entire plot.
Мал шаруашылығында
Мал шаруашылығының генетикалық әртүрлілігі мал өсіруді әртүрлі ортада және әртүрлі мақсаттармен жүргізуге мүмкіндік береді. Ол селекциялық бағдарламалар үшін негізгі материалды қамтамасыз етеді және мал популяцияларының қоршаған ортаның өзгеруіне бейімделуіне жағдай жасайды. Малдың биологиялық әртүрлілігі тұқымдардың жоғалуы және басқа да генетикалық эрозия түрлері салдарынан төмендеуі мүмкін. 2014 жылғы маусым айының мәліметтері бойынша, БҰҰ-ның Азық-түлік және ауыл шаруашылығы ұйымы (ФАО) басқаратын Үй жануарларының әртүрлілігі туралы ақпараттық жүйеде (DAD IS) тіркелген 8 774 тұқымның 17 пайызы жойылу қаупінде деп саналды, ал 7 пайызы жойылған. Сонымен қатар, ВИЧ-1 генетикалық әртүрлілігі қазіргі қолда бар вирустық жүктеме және резистенттілік тесттерін пайдалануды шектейді. Коронавирустың популяциясы мутация және гомологты рекомбинация нәтижесінде айтарлықтай эволюциялық әртүрлілікке ие. Мысалы, жұқтырған науқастардан алынған 86 SARS-CoV-2 коронавирусының үлгілерін секвенирлеу кезінде 93 мутация анықталды, бұл жоғары генетикалық әртүрліліктің бар екенін көрсетеді. Коронавирустың РНК геномының көбейіп өсуін РНК-ға тәуелді РНК полимераза катализдейді. Көбейіп өсу кезінде бұл полимераза матрицаны ауыстыруға ұшырауы мүмкін, бұл гомологты рекомбинацияның бір түрі. Бұл процесс, сондай-ақ генетикалық әртүрлілікті тудырады, РНК геномдық зақымданумен күресуге бейімделу болып табылады.
The genetic diversity of livestock species permits animal husbandry in a range of environments and with a range of different objectives. It provides the raw material for selective breeding programmes and allows livestock populations to adapt as environmental conditions change. Livestock biodiversity can be lost as a result of breed extinctions and other forms of genetic erosion. As of June 2014, among the 8,774 breeds recorded in the Domestic Animal Diversity Information System (DAD IS), operated by the Food and Agriculture Organization of the United Nations (FAO), 17 percent were classified as being at risk of extinction and 7 percent already extinct. In addition, HIV 1 genetic diversity limits the use of currently available viral load and resistance tests. Coronavirus populations have considerable evolutionary diversity due to mutation and homologous recombination. For example, the sequencing of 86 SARS CoV 2 coronavirus samples obtained from infected patients revealed 93 mutations indicating the presence of considerable genetic diversity. Replication of the coronavirus RNA genome is catalyzed by an RNA dependent RNA polymerase. During replication this polymerase may undergo template switching, a form of homologous recombination. This process which also generates genetic diversity appears to be an adaptation for coping with RNA genome damage.
Табиғи
Табиғи әлемде генетикалық әртүрлілікті сақтаудың немесе арттырудың бірнеше жолы бар. Океандық планктон арасында вирустар генетикалық өзгеріс процесіне көмектеседі. Океан вирустары планктонға жұғады және өз гендерімен қатар басқа организмдердің гендерін де тасымалдайды. Бір жасушаның гендерін қамтитын вирус екінші жасушаға жұққанда, екінші жасушаның генетикалық құрамы өзгереді. Генетикалық құрамның үнемі өзгеруі, қоршаған ортаның күрделі және болжаусыз өзгерістеріне қарамастан, планктонның денсаулы популяциясын сақтауға көмектеседі. Гепардтар – қорғауға алынған түр. Төмен генетикалық әртүрлілік және оның салдарынан нашар сперма сапасы гепардтардың көбеюі мен тірі қалуын қиындатты. Сонымен қатар, гепардтардың бар болғаны 5% ғана ересек жасқа жетеді. Дегенмен, жақында әйел гепардтардың бір ұрпақта бірнеше еркекпен жұптаса алатыны анықталды. Олар стимуляцияланған овуляциядан өтеді, яғни әйел жұптасқан сайын жаңа жұмыртқа өндіріледі. Көптеген еркектермен жұптасу арқылы аналық бір ұрпақтың ішіндегі генетикалық әртүрлілікті арттырады.
The natural world has several ways of preserving or increasing genetic diversity. Among oceanic plankton, viruses aid in the genetic shifting process. Ocean viruses, which infect the plankton, carry genes of other organisms in addition to their own. When a virus containing the genes of one cell infects another, the genetic makeup of the latter changes. This constant shift of genetic makeup helps to maintain a healthy population of plankton despite complex and unpredictable environmental changes. Cheetahs are a threatened species. Low genetic diversity and resulting poor sperm quality has made breeding and survivorship difficult for cheetahs. Moreover, only about 5% of cheetahs survive to adulthood. However, it has been recently discovered that female cheetahs can mate with more than one male per litter of cubs. They undergo induced ovulation, which means that a new egg is produced every time a female mates. By mating with multiple males, the mother increases the genetic diversity within a single litter of cubs.
Адамның араласуы
Генетикалық әртүрлілікті арттыру арқылы түрдің тірі қалу мүмкіндігін арттыруға жасалған әрекеттер генетикалық құтқару деп аталады. Мысалы, Флорида пантерасының популяциясы азайып, туыстық шаруашылықтан туындаған депрессияға ұшыраған кезде, Техас штатынан сегіз пантера әкелінді. Осының нәтижесінде генетикалық вариация артты және Флорида пантерасының санының айтарлықтай өсуіне әкелді. Түрді құтқару жұмыстарында жоғары генетикалық әртүрлілікті құру немесе сақтау – популяцияның ұзақ өмір сүруін қамтамасыз ету үшін маңызды мәселе болып табылады.
Attempts to increase the viability of a species by increasing genetic diversity is called genetic rescue. For example, eight panthers from Texas were introduced to the Florida panther population, which was declining and suffering from inbreeding depression. Genetic variation was thus increased and resulted in a significant increase in population growth of the Florida Panther. Creating or maintaining high genetic diversity is an important consideration in species rescue efforts, in order to ensure the longevity of a population.