影響基因頻率的因素
(1)遺傳漂變
如果在一個種群中,某一個基因的頻率為0.02,那麼在一個100萬個體的種群中,有這一基因的個體應為2萬個。但是假如這一種群只有50個個體,那就只有一個個體具有這一基因,這個個體如果由於偶然的機會而死亡或沒有機會和異性個體交配(因為個體太少了),那麼,下一代中這一基因在這一種群中便完全消失,基因頻率當然也就改變了。所以,在小的種群中,基因頻率可因偶然的機會,而不是由於選擇而發生變化,這種現象稱為遺傳漂變。
(2)建立者效應
假如一個種群中的幾個或幾十個個體遷移到另一地區而定居下來,它們與原來的種群隔離開了,它們自行繁殖後代。顯然,它們的基因頻率與原來大種群的基因頻率不一定相同,很可能有很多等位基因沒有帶出來。這一新的基因頻率是決定於分出來的幾個或幾十個建立者(定殖者)的基因頻率的。如果再加上新地區的不同因素對它們的選擇作用,就會促使這個種群朝著另外方向發展,就有可能出現新性狀,形成新品種或新種。
(3)瓶頸效應
許多生物在不同季節中,數量有很大的差異。春季繁殖,夏季數量增加到最多;到了冬季,由於寒冷、缺少食物等種種原因而大量死亡,第二年春季,又由殘存的少量個體繁殖增多。因此形成一個如瓶頸樣的模式,這一瓶頸部分即為冬季數量減少的時期。
由此可以看出,假如殘存的少數個體中,含有某一基因的個體多,下一世代繁殖後,這一基因的頻率也相應增多。假如殘存的少數個體中,含有某一基因的個體少,下一世代中該基因的頻率也相應減少,這與建立者效應是相似的情況。
(4)不隨機的交配
隨機交配是維持基因頻率不變的必要條件。但實際情況是,自然種群中個體間的雜交幾乎永遠不是隨機的。例如,雌性個體總要選擇一定的雄性個體。雄獅健壯美麗的身體即可與其他雄獅競爭,又可受到雌獅之垂青。
(5)突變和新基因的加入
這兩者都能影響基因頻率的穩定。在自然界,突變的速度一般都是很低的,不同的基因和各基因的不同等位基因的突變速度各有不同,據估計,人約有30000個基因(各含2個或多個等位基因)。每人出生,平均總帶有2個突變。由此可想而知,每一個基因的突變雖緩慢,但每一種群中每一世代的突變基因數卻是很高的。突變的方向是隨機的,突變只是給自然選擇提供原材料,如果突變性狀被選擇,這一突變基因就在基因庫積累增多,如不被選擇,就漸漸被排除。
新基因的加入,也可使基因頻率逐漸改變。一個種群的個體移入另一個能與之交配的種群中,這就帶進了新的基因。一個植物種群的花粉傳播到另一植物種群中,水生的體外受精動物的精子進入另一種群與其動物的卵子受精等,都可使種群獲得新的基因,使種群的基因頻率發生變化。同理,種群中一些個體的遷出也有可能引起基因頻率的改變。
(6)自然選擇的作用
自然選擇從表面上看,是對不同個體表現型的選擇,但實質上對某些基因的選擇。因此,自然選擇必然引起基因頻率的改變,基因型的頻率也會隨之改變。舉例說明如下:假設一對等位基因Aa的頻率為A=0.9,a=0.1,那麼各基因型的頻率就是:AA=0.81,Aa=0.18,aa=0.01。如果環境對於基因頻率有選擇作用,而選擇作用的結果使A的頻率由0.9變為0.8,a的頻率由0.1變為0.2,那麼選擇後的第二代的基因型的頻率應為AA=0.64,Aa=0.32,aa=0.04。如果選擇作用再繼續一代,A和a頻率總在不斷的變化之中。
在自然種群中,如果某個基因的頻率只有十萬分之一,但如果被選擇,只要經過23400個世代,該基因的頻率就會上升到99%,而其等位基因將為1%。又如,在金黃葡萄球菌種群中,本來就存在抗青黴素的基因,但頻率極低。如果該種群受到青黴素的選擇,無抗藥性的個體將全部被殺死,只有極少數有抗藥性的個體存活。因此,只要選擇一代,抗藥性基因頻率就大為增加,菌群對青黴素的抗藥性因而大增。
影響基因頻率的因素
(1)遺傳漂變
如果在一個種群中,某一個基因的頻率為0.02,那麼在一個100萬個體的種群中,有這一基因的個體應為2萬個。但是假如這一種群只有50個個體,那就只有一個個體具有這一基因,這個個體如果由於偶然的機會而死亡或沒有機會和異性個體交配(因為個體太少了),那麼,下一代中這一基因在這一種群中便完全消失,基因頻率當然也就改變了。所以,在小的種群中,基因頻率可因偶然的機會,而不是由於選擇而發生變化,這種現象稱為遺傳漂變。
(2)建立者效應
假如一個種群中的幾個或幾十個個體遷移到另一地區而定居下來,它們與原來的種群隔離開了,它們自行繁殖後代。顯然,它們的基因頻率與原來大種群的基因頻率不一定相同,很可能有很多等位基因沒有帶出來。這一新的基因頻率是決定於分出來的幾個或幾十個建立者(定殖者)的基因頻率的。如果再加上新地區的不同因素對它們的選擇作用,就會促使這個種群朝著另外方向發展,就有可能出現新性狀,形成新品種或新種。
(3)瓶頸效應
許多生物在不同季節中,數量有很大的差異。春季繁殖,夏季數量增加到最多;到了冬季,由於寒冷、缺少食物等種種原因而大量死亡,第二年春季,又由殘存的少量個體繁殖增多。因此形成一個如瓶頸樣的模式,這一瓶頸部分即為冬季數量減少的時期。
由此可以看出,假如殘存的少數個體中,含有某一基因的個體多,下一世代繁殖後,這一基因的頻率也相應增多。假如殘存的少數個體中,含有某一基因的個體少,下一世代中該基因的頻率也相應減少,這與建立者效應是相似的情況。
(4)不隨機的交配
隨機交配是維持基因頻率不變的必要條件。但實際情況是,自然種群中個體間的雜交幾乎永遠不是隨機的。例如,雌性個體總要選擇一定的雄性個體。雄獅健壯美麗的身體即可與其他雄獅競爭,又可受到雌獅之垂青。
(5)突變和新基因的加入
這兩者都能影響基因頻率的穩定。在自然界,突變的速度一般都是很低的,不同的基因和各基因的不同等位基因的突變速度各有不同,據估計,人約有30000個基因(各含2個或多個等位基因)。每人出生,平均總帶有2個突變。由此可想而知,每一個基因的突變雖緩慢,但每一種群中每一世代的突變基因數卻是很高的。突變的方向是隨機的,突變只是給自然選擇提供原材料,如果突變性狀被選擇,這一突變基因就在基因庫積累增多,如不被選擇,就漸漸被排除。
新基因的加入,也可使基因頻率逐漸改變。一個種群的個體移入另一個能與之交配的種群中,這就帶進了新的基因。一個植物種群的花粉傳播到另一植物種群中,水生的體外受精動物的精子進入另一種群與其動物的卵子受精等,都可使種群獲得新的基因,使種群的基因頻率發生變化。同理,種群中一些個體的遷出也有可能引起基因頻率的改變。
(6)自然選擇的作用
自然選擇從表面上看,是對不同個體表現型的選擇,但實質上對某些基因的選擇。因此,自然選擇必然引起基因頻率的改變,基因型的頻率也會隨之改變。舉例說明如下:假設一對等位基因Aa的頻率為A=0.9,a=0.1,那麼各基因型的頻率就是:AA=0.81,Aa=0.18,aa=0.01。如果環境對於基因頻率有選擇作用,而選擇作用的結果使A的頻率由0.9變為0.8,a的頻率由0.1變為0.2,那麼選擇後的第二代的基因型的頻率應為AA=0.64,Aa=0.32,aa=0.04。如果選擇作用再繼續一代,A和a頻率總在不斷的變化之中。
在自然種群中,如果某個基因的頻率只有十萬分之一,但如果被選擇,只要經過23400個世代,該基因的頻率就會上升到99%,而其等位基因將為1%。又如,在金黃葡萄球菌種群中,本來就存在抗青黴素的基因,但頻率極低。如果該種群受到青黴素的選擇,無抗藥性的個體將全部被殺死,只有極少數有抗藥性的個體存活。因此,只要選擇一代,抗藥性基因頻率就大為增加,菌群對青黴素的抗藥性因而大增。