Популяционная генетика

Оглавление:

Популяционная генетика
Популяционная генетика

Видео: Популяционная генетика

Видео: Популяционная генетика
Видео: Закон Харди-Вайнберга - наглядное объяснение | Закон генетического равновесия 2024, Март
Anonim

Входная навигация

  • Содержание входа
  • Библиография
  • Академические инструменты
  • Friends PDF Preview
  • Информация об авторе и цитировании
  • Вернуться к началу

Популяционная генетика

Впервые опубликовано пт 22 сентября 2006 г.; основная редакция чт 5 июля 2012 г.

Популяционная генетика - это область биологии, которая изучает генетический состав биологических популяций и изменения в генетическом составе, возникающие в результате действия различных факторов, включая естественный отбор. Популяционные генетики преследуют свои цели, разрабатывая абстрактные математические модели динамики частоты генов, пытаясь извлечь из этих моделей выводы о вероятных моделях генетических вариаций в реальных популяциях и проверяя выводы на основе эмпирических данных. Ряд более надежных обобщений, которые можно сделать из популяционно-генетического анализа, обсуждается ниже.

Генетика населения тесно связана с изучением эволюции и естественного отбора и часто рассматривается как теоретический краеугольный камень современного дарвинизма. Это потому, что естественный отбор является одним из наиболее важных факторов, которые могут повлиять на генетический состав населения. Естественный отбор происходит, когда некоторые варианты в популяции воспроизводят другие варианты в результате лучшей адаптации к окружающей среде или «приспособленности». Предполагая, что различия в пригодности, по крайней мере частично, обусловлены генетическими различиями, это приведет к тому, что генетический состав населения будет изменяться со временем. Таким образом, изучая формальные модели изменения частоты генов, популяционные генетики надеются пролить свет на эволюционный процесс и позволить количественно точным образом изучить последствия различных эволюционных гипотез.

Область популяционной генетики возникла в 1920-х и 1930-х годах благодаря работе Р. А. Фишера, Дж. Б. С. Холдейна и Сьюолла Райта. Их достижение состояло в том, чтобы объединить принципы менделевской генетики, которые были заново открыты на рубеже веков, с дарвиновским естественным отбором. Хотя совместимость дарвинизма с менделевской генетикой сегодня считается само собой разумеющимся, в первые годы двадцатого века это не было. Многие из ранних менделианцев не приняли «постепенный» рассказ Дарвина об эволюции, полагая, что вместо этого новые адаптации должны возникнуть в одном мутационном этапе; наоборот, многие из ранних дарвинистов не верили в наследство Менделяна, часто из-за ошибочного убеждения, что оно несовместимо с процессом эволюционной модификации, описанной Дарвином. Разрабатывая математически последствия отбора, действующего на население, подчиняющееся менделевским правилам наследования, Фишер, Холдейн и Райт показали, что дарвинизм и менделизм были не просто совместимыми, а превосходными собратьями по постели; это сыграло ключевую роль в формировании «неодарвинистского синтеза» и объясняет, почему популяционная генетика стала играть столь важную роль в эволюционной теории.

Обсуждение ниже построено следующим образом. Раздел 1 описывает историю популяционной генетики, уделяя основное внимание основным темам. Во втором разделе объясняется принцип Харди-Вайнберга, одно из важнейших понятий в популяционной генетике. Раздел 3 знакомит читателя с простыми популяционно-генетическими моделями эволюционного процесса и обсуждает их значение. В разделе 4 обсуждается состояние популяционной генетики в современной биологии и некоторые критические замечания, которые были направлены против нее. В разделе 5 рассматриваются некоторые философские проблемы, поднятые популяционной генетикой.

  • 1. Истоки популяционной генетики
  • 2. Принцип Харди-Вайнберга
  • 3. Популяционно-генетические модели эволюции

    • 3.1 Выбор в одном локусе
    • 3.2 Селекционно-мутационный баланс
    • 3.3 Случайный дрейф
    • 3.4 Миграция
    • 3.5 Неслучайное спаривание
    • 3.6 Модели с двумя локусами и связь
  • 4. Популяционная генетика и ее критики
  • 5. Философские проблемы в популяционной генетике
  • Библиография
  • Академические инструменты
  • Другие интернет-ресурсы
  • Связанные Записи

1. Истоки популяционной генетики

Чтобы понять, как возникла популяционная генетика, и оценить ее интеллектуальное значение, необходим краткий экскурс в историю биологии. Дарвиновское происхождение видов, опубликованное в 1859 году, выдвинуло два основных положения: во-первых, современные виды произошли от общих предков, а во-вторых, что процесс естественного отбора был основным механизмом эволюционных изменений. Первый тезис быстро завоевал признание в научном сообществе, а второй - нет. Многим было трудно согласиться с тем, что естественный отбор может играть объяснительную роль, требуемую для него теорией Дарвина. Эта ситуация - принимая, что эволюция произошла, но сомневаясь в объяснениях Дарвина о том, что вызвало ее, - сохранялась и в двадцатом веке (Bowler 1988).

Оппозиция естественному отбору была понятна, поскольку теория Дарвина, хотя и убедительна, содержала серьезную лакуну: описание механизма наследования. Для того чтобы эволюция происходила путем естественного отбора, необходимо, чтобы родители были похожи на своих детей; в противном случае черты, улучшающие физическую форму, не будут иметь тенденцию распространяться среди населения. (Например, если быстрые зебры оставляют больше потомков, чем медленных, это приведет к эволюционным изменениям только в том случае, если потомки быстрых зебр сами являются быстрыми бегунами.) В «Происхождении» Дарвин основывал свой аргумент на наблюдаемом факте, что потомство имеет тенденцию напоминают своих родителей - «сильный принцип наследования» - признавая, что он не знал, почему это так. Позже Дарвин попробовал явную теорию наследования, основанную на гипотетических сущностях, называемых «геммулами»,но оказалось, что нет никаких оснований на самом деле.

Дарвин был глубоко обеспокоен отсутствием надлежащего понимания механизма наследования, поскольку это не позволило ему опровергнуть одно из самых сильных возражений против его общей теории. Чтобы популяция развивалась путем естественного отбора, ее члены должны различаться - если все организмы идентичны, селекция невозможна. Таким образом, для выбора, позволяющего постепенно модифицировать популяцию в течение длительного периода времени, как это было предложено Дарвином, необходим постоянный запас вариаций. Это послужило основанием для известного возражения Флеминга Дженкинса Дарвину, а именно, что доступный вариант будет израсходован слишком быстро. Рассуждения Дженкинса предполагали «смешанную» теорию наследования, то есть то, что фенотипические признаки потомства являются «смесью» его родителей. (Так, например, если короткий и высокий организм приятель,рост потомства будет промежуточным между этими двумя.) Дженкинс утверждал, что при смешанном наследовании размножающаяся половым путем популяция станет фенотипически однородной всего за несколько поколений, что намного меньше, чем число поколений, необходимых для естественного отбора, чтобы произвести сложные адаптации.

К счастью для теории Дарвина, наследование не работает так, как думал Дженкинс. Тип наследования, который мы называем «менделевским», после Грегора Менделя, является «дисперсным», а не «смешанным» потомство наследует дискретные наследственные частицы (гены) от своих родителей, что означает, что половое размножение не уменьшает наследственные изменения, присутствующие в население. (См. Раздел 2 «Принцип Харди-Вайнберга» ниже.) Однако это осознание заняло много времени по двум причинам. Во-первых, работа Менделя игнорировалась научным сообществом в течение сорока лет. Во-вторых, даже после повторного открытия работы Менделя на рубеже двадцатого века широко распространено мнение, что дарвиновская эволюция и менделевское наследование несовместимы. Ранние менделианцы не соглашались с тем, что естественный отбор играл важную роль в эволюции, поэтому у них не было возможности увидеть, что Мендель дал теории Дарвина спасательный круг, в котором она нуждалась. Синтез дарвинизма и менделизма, который ознаменовал рождение современной популяционной генетики, был достигнут длинным и извилистым путем (Provine 1971).

Ключевые идеи, лежащие в основе теории наследования Менделя, просты. В своих экспериментальных работах по растениям гороха Мендель наблюдал необычное явление. Он начал с двух линий «чистого размножения»: одна производила растения с круглыми семенами, а другая - морщинистыми. Затем он пересек их, чтобы произвести первое дочернее поколение (поколение F1). Все растения F1 имели круглые семена - морщинистый признак исчез из популяции. Затем Мендель скрестил растения F1 друг с другом, чтобы произвести поколение F2. Поразительно, примерно у четверти растений F2 были сморщенные семена. Так что морщинистая черта вернулась, пропустив поколение.

Эти и подобные наблюдения были объяснены Менделем следующим образом. Он предположил, что каждое растение содержит пару «факторов», которые вместе определяют некоторый аспект его фенотипа - в данном случае, форму семян. Растение наследует один фактор от каждого из своих родителей. Предположим, что есть один фактор для круглых семян (R), другой для морщинистых семян (W). Существует три возможных типа установок: RR, RW и WW. У растения RR будут круглые семена, у WW - морщинистые семена. А как насчет завода РАО? Мендель предположил, что у него будут круглые семена - фактор R является «доминирующим» над фактором W. Наблюдения могут быть легко объяснены. Начальные чистопородные линии были RR и WW. Растения F1 были сформированы скрещиваниями RR × WW, поэтому все они были типа RW и, таким образом, имели круглые семена. Растения F2 были образованы RW × RW скрещиваниями,так содержал смесь типов RR, RW и WW. Если мы предположим, что каждый родитель RW передает факторы R и W своему потомству с равной вероятностью, тогда растения F2 будут содержать RR, RW и WW в соотношении 1: 2: 1. (Это предположение известно как Первый закон Менделя или Закон сегрегации.) Поскольку RR и RW имеют круглые семена, это объясняет, почему три четверти растений F2 имели круглые семена, одна четверть морщинистых семян.

Очевидно, что наше современное понимание наследственности гораздо более изощренно, чем у Менделя, но ключевые элементы теории Менделя - дискретные наследственные частицы, которые бывают разных типов, доминирования и рецессивности, и закон сегрегации - оказались по существу правильными. «Факторы» Менделя - это гены современной популяционной генетики, а альтернативные формы, которые может принимать фактор (например, R против W в примере с горохом), известны как аллели гена. Закон сегрегации объясняется тем фактом, что во время гаметогенеза каждая гамета (половая клетка) получает только одну из каждой пары хромосом от своего родительского организма. Другие аспекты теории Менделя были изменены в свете более поздних открытий. Мендель считал, что большинство фенотипических признаков контролируются одной парой факторов,как форма семян в его гороховых растениях, но теперь известно, что на большинство признаков влияет множество пар генов, а не только один. Мендель считал, что пары факторов, ответственных за различные признаки (например, форму семян и цвет цветка), разделены независимо друг от друга, но теперь мы знаем, что это не должно быть так (см. Раздел 3.6, «Модели с двумя локусами и связь» ниже). Несмотря на это, теория Менделя знаменует собой поворотный момент в нашем понимании наследования. Эта теория знаменует собой поворотный момент в нашем понимании наследования. Эта теория знаменует собой поворотный момент в нашем понимании наследования.

Повторное открытие работы Менделя в 1900 году не привело к тому, что научное сообщество за одну ночь было обращено в менделизм. Доминирующим подходом к изучению наследственности в то время была биометрия, возглавляемая Карлом Пирсоном в Лондоне, которая включала статистический анализ фенотипических вариаций, обнаруженных в природных популяциях. Биометристы в основном интересовались непрерывно изменяющимися чертами, такими как высота, а не «дискретными» чертами, такими как форма семян, которые изучал Мендель, и, как правило, верили в дарвиновский градуализм. Против биометристов выступили менделевцы, возглавляемые Уильямом Бейтсоном, который подчеркивал прерывистые вариации и считал, что серьезные адаптивные изменения могут быть вызваны единичными мутационными шагами, а не кумулятивным естественным отбором по Дарвину. В результате разгорелся спор между биометристами и менделианцами. В результате менделевское наследство стало ассоциироваться с анти-дарвиновским взглядом на эволюцию.

Генетика населения в том виде, в каком мы ее знаем сегодня, возникла из-за необходимости примирить Менделя с Дарвином, потребность в которой становилась все более насущной, поскольку эмпирические данные о наследовании Менделя начали накапливаться. Первым значительным событием стала статья Р. А. Фишера 1918 года «Корреляция между родственниками в предположении о менделевском наследовании», в которой показано, как можно объединить биометрические и менделевские исследовательские традиции. Фишер продемонстрировал, что если на данную непрерывную черту, например высоту, влияет большое количество менделевских факторов, каждый из которых имеет небольшое отличие от черты, то эта черта будет показывать приблизительно нормальное распределение в популяции. Поскольку считается, что дарвиновский процесс лучше всего работает с постоянно меняющимися чертами,показ того, что распределение таких признаков было совместимо с менделизмом, было важным шагом к примирению Дарвина с менделем.

Полное согласование было достигнуто в 1920-х и начале 30-х годов благодаря математической работе Фишера, Холдейна и Райта. Каждый из этих теоретиков разработал формальные модели для изучения того, как естественный отбор и другие эволюционные силы, такие как мутация, со временем изменят генетический состав менделевской популяции. Эта работа стала значительным шагом вперед в нашем понимании эволюции, поскольку она позволила исследовать последствия различных эволюционных гипотез количественно, а не только качественно. Устные рассуждения о том, что естественный отбор мог или не мог достичь, или о моделях генетической изменчивости, которые он мог породить, были заменены явными математическими рассуждениями. Стратегия разработки формальных моделей, чтобы пролить свет на процесс эволюции, по-прежнему является доминирующей методологией исследований в современной популяционной генетике.

Между Фишером, Холдейном и Райтом существовали важные интеллектуальные различия, некоторые из которых оставили след в последующем развитии предмета. Одно из различий касалось их отношения к естественному отбору. Фишер и Холдейн были сильными дарвинистами - они считали, что естественный отбор, безусловно, является наиболее важным фактором, влияющим на генетический состав населения. Райт не преуменьшал роль естественного отбора, но он полагал, что случайные факторы также сыграли решающую роль в эволюции, как и миграция между составляющими популяциями вида (см. Разделы 3.3, «Случайный дрейф» и 3.4, «Миграция»)..) Отличие заключается в том, что Райт подчеркивал эпистаз или неаддитивные взаимодействия между генами в пределах одного генома в гораздо большей степени, чем у Фишера или Холдейна. Несмотря на эти различия, работа всех трех была удивительно созвучна в общем подходе.

2. Принцип Харди-Вайнберга

Принцип Харди-Вайнберга, открытый независимо Г. Х. Харди и В. Вайнбергом в 1908 г., является одним из самых простых и важных принципов в популяционной генетике. Чтобы проиллюстрировать этот принцип, рассмотрим большую популяцию размножающихся половым путем организмов. Предполагается, что организмы являются диплоидами, что означает, что они содержат две копии каждой хромосомы, по одной от каждого родителя. Гаметы, которые они производят, являются гаплоидными, что означает, что они содержат только одну из каждой пары хромосом. Во время полового слияния две гаплоидные гаметы сливаются, образуя диплоидную зиготу, которая затем растет и развивается во взрослый организм. У большинства многоклеточных животных и многих растений такой жизненный цикл есть.

Предположим, что в данном локусе или хромосомной «щели» есть два возможных аллеля, A 1 и A 2; предполагается, что локус находится на аутосоме, а не на половой хромосоме. Что касается рассматриваемого локуса, в популяции существует три возможных генотипа: A 1 A 1, A 1 A 2 и A 2 A 2 (так же, как в примере с горохом Менделя выше). Организмы с генотипами A 1 A 1 и A 2 A 2 называются гомозиготами ; те с A 1 A 2генотип гетерозиготы. Пропорции или относительные частоты трех генотипов в общей популяции могут обозначаться как f (A 1 A 1), f (A 1 A 2) и f (A 2 A 2) соответственно, где f (A 1 A 1)) + f (A 1 A 2) + f (A 2 A 2) = 1. Предполагается, что эти частоты генотипа одинаковы как для мужчин, так и для женщин. Относительные частоты аллелей A и B в популяции можно обозначить p и q, где p + q = 1.

Принцип Харди-Вайнберга касается отношения между аллельными и генотипическими частотами. В нем говорится, что если спаривание является случайным в популяции и если эволюционные силы естественного отбора, мутации, миграции и дрейфа отсутствуют, то в поколении потомства частоты генотипа и аллеля будут связаны следующими простыми уравнениями:

f (A 1 A 1) = p 2, f (A 1 A 2) = 2 pq, f (A 2 A 2) = q 2

Случайное спаривание означает отсутствие генотипической корреляции между партнерами по спариванию, т. Е. Вероятность того, что данный организм спаривается, например, с партнером A 1 A 1, не зависит от собственного генотипа организма, и аналогично для вероятности спаривания с партнер одного из двух других типов.

Это случайное спаривание приведет к тому, что генотипы окажутся в указанных выше пропорциях (так называемые пропорции Харди-Вайнберга), является следствием закона сегрегации Менделя. Чтобы увидеть это, обратите внимание, что случайное спаривание фактически эквивалентно образованию потомков путем случайного отбора пар гамет из большого «пула гамет» и слияния их в зиготу. Пул гамет содержит все успешные гаметы родительских организмов. Поскольку мы предполагаем отсутствие отбора, все родители вносят равное количество гамет в пул. По закону сегрегации, A 1 A 2 гетерозигота производит гаметы, несущие A 1 и A 2аллели в равной пропорции. Следовательно, относительные частоты аллелей A и B в пуле гамет будут такими же, как в родительской популяции, а именно p и q соответственно. Учитывая, что пул гамет очень большой, когда мы случайным образом выбираем пары гамет из пула, мы получаем упорядоченные генотипические пары {A 1 A 1 }, {A 1 A 2 }, {A 2 A 1 }, { A 2 A 2 } в пропорциях p 2: pq: qp: q 2. Но порядок не имеет значения, поэтому мы можем рассмотреть {A 1 A 2 } и {A 2 A 1} пары в качестве эквивалента, дающие пропорции Харди-Вайнберга для неупорядоченных генотипов потомства.

Этот простой вывод принципа Харди-Вайнберга имеет дело с двумя аллелями в одном локусе, но может быть легко распространен на несколько аллелей. (Расширение на более чем один локус более сложно; см. Раздел 3.6, «Модели с двумя локусами и связь» ниже.) Для случая мультиаллеля предположим, что в локусе есть n аллелей, A 1 … A n, с относительным частоты p 1 … p n соответственно, где p 1 + p 2 +… + p n = 1. Если предположить, что популяция велика, спаривание случайное, эволюционные силы отсутствуют, и закон сегрегации Менделя выполняется, то в поколение потомства частоты А я ягенотип будет p i 2, а частота (неупорядоченного) генотипа A i A j (i ≠ j) будет 2 p i p j. Легко видеть, что описанный выше случай с двумя аллелями является частным случаем этого обобщенного принципа.

Важно отметить, что независимо от начальных пропорций генотипа, случайное спаривание автоматически произведет потомство в пропорциях Харди-Вайнберга (для генотипов с одним локусом). Поэтому, если поколения не пересекаются, то есть родители умирают, как только они размножаются, требуется всего один раунд случайного спаривания, чтобы добиться пропорций Харди-Вайнберга во всей популяции; если поколения перекрываются, требуется более одного раунда случайного спаривания. Как только пропорции Харди-Вайнберга будут достигнуты, они будут поддерживаться в последующих поколениях, пока популяция продолжает спариваться наугад и на нее не влияют эволюционные силы, такие как отбор, мутация и т. Д. Затем говорят, что популяция находится в Харди-Вайнберге равновесие означает, что пропорции генотипа постоянны от поколения к поколению.

Важность принципа Харди-Вайнберга заключается в том, что он содержит решение проблемы смешивания, которое беспокоило Дарвина. Как мы видели, Дженкинс утверждал, что с половым размножением различия в популяции будут очень быстро исчерпаны. Но принцип Харди-Вайнберга учит нас, что это не так. Половое размножение не имеет внутренней тенденции к разрушению генотипической изменчивости, присутствующей в популяции, поскольку пропорции генотипа остаются постоянными на протяжении поколений, учитывая предположения, отмеченные выше. Это правда, что естественный отбор часто имеет тенденцию разрушать вариации и, таким образом, является гомогенизирующей силой; но это совсем другое дело. Возражение против «смешивания» заключалось в том, что само сексуальное смешение будет вызывать однородность даже в отсутствие отбора, и принцип Харди-Вайнберга показывает, что это неверно.

Еще одно преимущество принципа Харди-Вайнберга заключается в том, что он значительно упрощает задачу моделирования эволюционных изменений. Когда популяция находится в равновесии Харди-Вайнберга, можно отслеживать генотипический состав популяции путем непосредственного отслеживания аллельных частот (или частот гамет). Это так ясно, поскольку, если мы знаем относительные частоты всех аллелей (в одном локусе) и знаем, что популяция находится в равновесии Харди-Вайнберга, можно легко вычислить распределение частоты всего генотипа. Если бы популяция не находилась в равновесии Харди-Вайнберга, нам бы пришлось явно отслеживать сами частоты генотипа, что более сложно.

Прежде всего по этой причине многие популяционно-генетические модели предполагают, что достигается равновесие Харди-Вайнберга; как мы видели, это равносильно предположению, что спаривание является случайным по отношению к генотипу. Но правдоподобно ли это предположение? Ответ иногда, но не всегда. Например, в человеческой популяции спаривание близко к случайному в отношении группы крови АВО, поэтому во многих популяциях генотип, определяющий группу крови, находится приблизительно в пропорциях Харди-Вайнберга (Hartl 1980). Но спаривание не случайно по высоте; напротив, люди склонны выбирать себе подобных по росту. Поэтому, если мы рассмотрим генотип, который влияет на рост, спаривание не будет случайным по отношению к этому генотипу (см. Раздел 3.5 «Неслучайное спаривание»).

Генетик WJ Ewens написал о принципе Харди-Вайнберга: «Не часто случается, что самая важная теорема в любом предмете является самой простой и наиболее легко получаемой теоремой для этого предмета» (1969, стр. 1). Как подчеркивает Юенс, главное значение этого принципа заключается не в выигрыше в математической простоте, который он допускает (это просто полезный побочный эффект), а в том, что он учит нас в отношении сохранения генетических вариаций в популяции, воспроизводимой половым путем.

3. Популяционно-генетические модели эволюции

Популяционные генетики обычно определяют «эволюцию» как любое изменение генетического состава популяции с течением времени. Четыре фактора, которые могут вызвать такое изменение: естественный отбор, мутация, случайный генетический дрейф и миграция в популяцию или из нее. (Пятый фактор - изменения в схеме спаривания - может изменить генотип, но не частоты аллелей; многие теоретики не считают это эволюционным изменением.) Дается краткое введение в стандартное популяционно-генетическое лечение каждого из этих факторов. ниже.

3.1 Выбор в одном локусе

Естественный отбор происходит, когда некоторые генотипические варианты в популяции обладают преимуществом выживания или размножения над другими. Простейшая популяционно-генетическая модель естественного отбора предполагает один аутосомный локус с двумя аллелями, A 1 и A 2, как указано выше. Три диплоидных генотипа A 1 A 1, A 1 A 2 и A 2 A 2 имеют различную пригодность, обозначаемую как w 11, w 12 и w 22соответственно. Предполагается, что эти качества постоянны на протяжении поколений. Пригодность генотипа в этом контексте может быть определена как среднее число успешных гамет, которые организм этого генотипа вносит в следующее поколение, которое зависит от того, насколько хорошо организм выживает, сколько спариваний он достигает и насколько он плодовит., Если w 11, w 12 и w 22 не будут одинаковыми, произойдет естественный отбор, что может привести к изменению генетического состава населения.

Предположим, что первоначально, то есть до того, как отбор осуществился, генотипы зигот находятся в пропорциях Харди-Вайнберга, а частоты аллелей A 1 и A 2 равны p и q соответственно, где p + q = 1. Затем зиготы вырастают до зрелости и размножаются, давая начало новому поколению зигот. Наша задача - вычислить частоты A 1 и A 2 во втором поколении; обозначим их как p 'и q' соответственно, где p '+ q' = 1. (Обратите внимание, что в обоих поколениях мы рассматриваем частоты генов на стадии зиготы; они могут отличаться от частот генов взрослых, если существует дифференциальное выживание.)

В первом поколении частоты генотипа на стадии зиготы составляют p 2, 2 pq и q 2 для A 1 A 1, A 1 A 2, A 2 A 2 соответственно по закону Харди-Вайнберга. Три генотипа производят успешные гаметы пропорционально их приспособленности, то есть в соотношении w 11: w 12: w 22. Средняя приспособленность в популяции составляет w = p 2 w 11 + 2 pqw 12 + q 2 w 22, таким образом, общее количество произведенных успешных гамет составляет N w, где N - численность популяции. Если предположить, что мутации нет, и что действует закон разделения Менделя, то организм A 1 A 1 будет производить только A 1 гамет, организм A 2 A 2 будет производить только A 2 гамет, а организм A 1 A 2 - а 1 и а 2 гамет в равной пропорции. Следовательно, доля гамет A 1 и, следовательно, частота аллеля A 1 во втором поколении на стадии зиготии составляет:

п ' знак равно [N p 2 w 11 + ½ (N 2 pq w 12)] / N w
знак равно (p 2 w 11 + pq w 12) / ш (1)

Уравнение (1) известно как уравнение «повторения» - оно выражает частоту аллеля A 1 во втором поколении в терминах его частоты в первом поколении. Изменение частоты между поколениями может быть записано как:

Δ р знак равно р '- р
знак равно (p 2 w 11 + pq w 12) / w - p
знак равно pq [p (w 11 - w 12) + q (w 12 - w 22)] / w (2)

Если p> 0, то естественный отбор привел к увеличению частоты аллеля A 1; если p <0, то отбор привел к увеличению частоты аллеля A 2. Если p = 0, то никакого изменения частоты генов не произошло, то есть система находится в аллельном равновесии. (Обратите внимание, однако, что условие Δp = 0 не означает, что естественный отбор не произошел; условием для этого является w 11 = w 12 = w 22. Естественный отбор возможен, но не оказывает влияния на генные частоты.)

Уравнения (1) и (2) показывают, в точных терминах, как различия в приспособленности между генотипами приведут к эволюционным изменениям. Это позволяет нам исследовать последствия различных различных избирательных режимов.

Предположим сначала, что w 11 > w 12 > w 22, то есть гомозигот A 1 A 1 является более подходящим, чем гетерозигот A 1 A 2, который, в свою очередь, является более подходящим, чем гомозигот A 2 A 2. Изучив уравнение (2), мы можем видеть, что Δ p должно быть положительным (при условии, что ни p, ни q не равны нулю, в этом случае Δ p = 0). Таким образом, в каждом поколении частота аллеля A 1 будет выше, чем в предыдущем поколении, пока в конце концов он не достигнет фиксации и аллель A 2 не будет удален из популяции. Однажды А 1аллель достигает фиксации, т.е. p = 1 и q = 0, дальнейшие эволюционные изменения не произойдут, поскольку, если p = 1, тогда Δ p = 0. Это имеет смысл, так как аллель A 1 дает преимущество в пригодности для организмов, которые несут это, его относительная частота в популяции будет увеличиваться от поколения к поколению, пока не будет зафиксировано.

Очевидно, что аналогичные рассуждения применимы в случае, когда w 22 > w 12 > w 11. Уравнение (2) говорит нам, что тогда p должен быть отрицательным, если ни p, ни q не равны нулю, поэтому аллель A 2 будет стремительно фиксироваться, устраняя аллель A 1.

Более интересная ситуация возникает, когда гетерозигота превосходит по пригодности оба гомозиготы, то есть w 12 > w 11 и w 12 > w 22 - явление, известное как гетерозис. Интуитивно понятно, что должно происходить в этой ситуации: должна быть достигнута ситуация равновесия, при которой в популяции присутствуют оба аллеля. Уравнение (2) подтверждает эту интуицию. Легко видеть, что p = 0, если аллель ушел на фиксацию (т.е. если p = 0 или q = 0), или, в-третьих, если выполняется следующее условие:

p (w 11 - w 12) + q (w 12 - w 22) = 0

который сводится к

p = p * = (ш 12 - ш 22) / (ш 12 - ш 22) + (ш 12 - ш 11)

(Звездочка указывает на то, что это условие равновесия.) Поскольку p должно быть неотрицательным, это условие может быть выполнено только при наличии превосходства гетерозиготы или неполноценности гетерозиготы; оно представляет собой состояние равновесия популяции, в которой присутствуют оба аллеля. Это равновесие известно как полиморфное, в отличие от мономорфных равновесий, которые возникают, когда любой из аллелей перешел в фиксацию. Возможность полиморфного равновесия довольно значительна. Это учит нас тому, что естественный отбор не всегда приводит к генетической однородности; в некоторых случаях отбор сохраняет генетические изменения, обнаруженные в популяции.

Многочисленные дополнительные вопросы о естественном отборе могут быть решены с использованием простой популяционно-генетической модели. Например, включив параметр, который измеряет различия в приспособленности между генотипами, мы можем изучить скорость эволюционных изменений, что позволяет нам задавать такие вопросы, как: сколько поколений необходимо для отбора, чтобы увеличить частоту аллеля A 1 с 0,1 до 0,9? Если данный вредный аллель является рецессивным, сколько времени потребуется для его устранения из популяции, чем если бы он был доминирующим? Позволяя формулировать такие вопросы и отвечать на них, популяционные генетики внесли математическую строгость в теорию эволюции до такой степени, которая казалась бы немыслимой во времена Дарвина.

Конечно, рассмотренная выше модель с одним локусом слишком проста, чтобы ее можно было применить ко многим реальным группам населения, поскольку она включает упрощающие предположения, которые вряд ли подтвердятся. Отбор редко является единственной эволюционной силой в действии, генотипические приспособления вряд ли будут постоянными на протяжении поколений, менделевская сегрегация не всегда выполняется точно, и так далее. Многие исследования в области популяционной генетики состоят в разработке более реалистичных эволюционных моделей, которые основаны на меньшем количестве упрощающих допущений и, следовательно, являются более сложными. Но модель с одним локусом иллюстрирует сущность популяционно-генетического мышления и сопутствующее разъяснение эволюционного процесса, который он приносит.

3.2 Селекционно-мутационный баланс

Мутация является основным источником генетической изменчивости, не позволяя популяциям становиться генетически однородными в ситуациях, когда они иначе. Как только мутация учтена, выводы, сделанные в предыдущем разделе, необходимо изменить. Даже если один аллель избирательно превосходит все другие в данном локусе, он не станет фиксированным в популяции; повторяющаяся мутация будет гарантировать, что другие аллели присутствуют с низкой частотой, таким образом поддерживая степень полиморфизма. Популяционные генетики долго интересовались изучением того, что происходит, когда отбор и мутация действуют одновременно.

Продолжая нашу модель с одним локусом, двумя аллелями, предположим, что аллель A 1 избирательно превосходит A 2, но повторяющаяся мутация от A 1 до A 2 препятствует распространению A 1 до фиксации. Скорость мутации от A 1 до A 2 на поколение, то есть доля аллелей A 1, которые мутируют в каждом поколении, обозначается как u. (Эмпирические оценки частоты мутаций обычно находятся в диапазоне 10 -6.) Обратную мутацию от A 2 до A 1 можно игнорировать, поскольку мы предполагаем, что A 2аллель очень популярен среди населения благодаря естественному отбору. Что происходит с динамикой частоты генов при этих предположениях? Напомним уравнение (1) выше, которое выражает частоту аллеля A 1 с точки зрения его частоты в предыдущем поколении. Поскольку определенная доля (u) аллелей A 1 будет мутировать в A 2, это рекуррентное уравнение должно быть изменено так:

p '= (p 2 w 11 + pqw 12) (1 - u) / w

учитывать мутацию. Как и прежде, равновесие достигается, когда p '= p, то есть Δ p = 0. Следовательно, условие равновесия:

p = p * = (p 2 w 11 + pqw 12) (1 - u) / w (3)

Полезного упрощения уравнения (3) можно достичь, сделав некоторые предположения о пригодности генотипа и приняв новую запись. Предположим, что аллель A 2 является полностью рецессивным (как это часто бывает в случае вредных мутантов). Это означает, что генотипы A 1 A 1 и A 1 A 2 имеют одинаковую пригодность. Следовательно, генотипическая пригодность может быть записана как w 11 = 1, w 12 = 1, w 22 = 1 - s, где s обозначает различие в пригодности A 2 A 2 гомозиготы по сравнению с двумя другими генотипами. (s известен как коэффициент выбора против A 2А 2). Поскольку мы предполагаем, что аллель A 2 является вредным, из этого следует, что s> 0. Подставляя эти генотипические соответствия в уравнение (3), получаем:

p * = p (1 - u) / p 2 + 2 pq + q 2 (1 - s)

который сводится к:

р * = 1 - (ед / с) ½

или эквивалентно (так как p + q = 1):

q * = (ед / с) ½ (4)

Уравнение (4) дает равновесную частоту аллеля A 2 в предположении, что он является полностью рецессивным. Обратите внимание, что с увеличением u q * также увеличивается. Это очень интуитивно понятно: чем больше частота мутаций от A 1 до A 2, тем выше частота A 2, которая может поддерживаться в равновесии при данном значении s. И наоборот, с увеличением s q * уменьшается. Это также интуитивно понятно: чем сильнее отбор против гомозиготы A 2 A 2, тем ниже равновесная частота A 2 для данного значения u.

Легко понять, почему уравнение (4), как говорят, описывает баланс селекции-мутации - естественный отбор постоянно удаляет аллели A 2 из популяции, в то время как мутации постоянно воссоздают их. Уравнение (4) говорит нам о равновесной частоте A 2, которая будет поддерживаться в зависимости от скорости мутации от A 1 до A 2 и величины избирательного недостатка, испытываемого гомозиготой A 2 A 2. Важно отметить, что уравнение (4) было получено в предположении, что аллель A 2 является полностью рецессивным, т.е. что A 1 A 2 гетерозигота фенотипически идентична A 11 гомозиготы. Однако легко получить аналогичные уравнения для случаев, когда аллель A 2 является доминантным или частично доминантным. Если A 2 является доминантным или частично доминантным, его частота равновесия будет ниже, чем если бы он был полностью рецессивным; для отбора более эффективно вывести его из популяции. Вредный аллель-вредитель может «прятаться» в гетерозиготах и, таким образом, избегать очищающей способности отбора, но доминантный аллель не может.

Прежде чем покинуть эту тему, следует отметить один последний момент. Наша дискуссия была сосредоточена исключительно на вредных мутациях, то есть тех, которые снижают приспособленность организма хозяина. Это может показаться странным, учитывая, что полезные мутации играют столь важную роль в эволюционном процессе. Причина в том, что в популяционной генетике основная проблема заключается в понимании причин генетической изменчивости, обнаруживаемой в биологических популяциях. Если ген полезен, естественный отбор, вероятно, будет основным фактором, определяющим его частоту равновесия; скорость спорадических мутаций в этом гене будет играть не более, чем второстепенную роль. Только когда ген является вредным, мутация играет основную роль в поддержании его в популяции.

3.3 Случайный дрейф

Случайный генетический дрейф относится к случайным колебаниям частоты генов, которые возникают в конечных популяциях; это можно рассматривать как тип «ошибки выборки». Во многих эволюционных моделях популяция считается бесконечной или очень большой именно для того, чтобы абстрагироваться от случайных колебаний. Но хотя математически удобно, это предположение часто нереально. В реальной жизни факторы случайности будут играть определенную роль, особенно в небольших группах населения. Термин «случайный дрейф» иногда используется в широком смысле для обозначения любых стохастических факторов, влияющих на частоту генов в популяции, включая, например, случайные колебания в выживаемости и успешности спаривания; а иногда в более узком смысле,обратиться к случайной выборке гамет, чтобы сформировать поколение потомства (которое возникает потому, что организмы производят гораздо больше гамет, чем когда-либо превратят в оплодотворенную зиготу). Здесь используется более широкий смысл.

Чтобы понять природу случайного дрейфа, рассмотрим простой пример. Население содержит всего десять организмов, пять типа А и пять типа В; организмы размножаются бесполым путем и дают потомство того же типа. Предположим, что ни один из типов не является избирательно превосходящим другой - оба одинаково хорошо адаптированы к окружающей среде. Однако это не означает, что эти два типа будут давать идентичное количество потомков, поскольку факторы случайности могут играть роль. Например, возможно, что все типы B s могут умереть случайно перед воспроизведением; в этом случае частота B во втором поколении упадет до нуля. Если это так, то снижение типа B (и, следовательно, распространение типа A) является результатом случайного дрейфа. Эволюционисты часто заинтересованы в том, чтобы узнать, является ли данное изменение частоты гена результатом дрейфа, отбора,или некоторая комбинация двух.

Метка «случайный дрейф» немного вводит в заблуждение. Говоря о том, что распространение типа А обусловлено случайным дрейфом или случайностью, мы не подразумеваем, что не может быть найдена причина его распространения. Теоретически, мы можем предположить раскрытие полной причинно-следственной связи о том, почему каждый организм в популяции оставил ровно столько потомства, сколько он сделал. Приписывая эволюционное изменение случайному дрейфу, мы не отрицаем, что есть такая причинная история, которую нужно рассказать. Скорее, мы имеем в виду, что распространение типа A не было связано с его адаптивным превосходством над типом B. Иными словами, у типов A и B было одинаковое ожидаемое количество потомков, поэтому они были одинаково пригодны; но у типов А было больше фактического числа потомков. В конечной популяции фактический репродуктивный продукт почти всегда будет отклоняться от ожидаемого, что приведет к эволюционным изменениям.

Аналогия с подбрасыванием монет может осветить случайный дрейф. Предположим, честная монета подбрасывается десять раз. Вероятность появления голов на любом броске равна ½, поэтому ожидаемая частота голов в последовательности из десяти составляет 50%. Но вероятность получить половину головы и половину хвоста составляет всего 242/1024, или примерно 23,6%. Таким образом, даже если монета честная, мы вряд ли получим равные пропорции головы и хвоста в последовательности из десяти бросков; Некоторое отклонение от ожидания более вероятно, чем нет. Точно так же, даже если типы A и B одинаково подходят в приведенном выше примере, вполне вероятно, что произойдут некоторые эволюционные изменения. Эта аналогия также иллюстрирует роль численности населения. Если бы мы подбросили монету сто раз, а не десять, доля голов, вероятно, была бы очень близка к ½. Точно так же,чем больше популяция, тем менее важно влияние случайного дрейфа на частоты генов; в бесконечном пределе дрейф не имеет никакого эффекта.

Дрифт сильно усложняет задачу, стоящую перед популяционным генетиком. В приведенном выше примере, очевидно, невозможно вывести состав населения во втором поколении из его состава в первом поколении; самое большее, мы можем надеяться вывести распределение вероятностей по всем возможным композициям. Таким образом, после учета дрейфа не может быть получено простого рекуррентного соотношения для частот генов, подобного выраженному в уравнении (1) выше. Для анализа эволюционных последствий дрейфа популяционные генетики используют математическую технику, известную как диффузионное моделирование, которая выходит за рамки данной статьи; см. Gillespie (2004) или Rice (2004) для хороших представлений. Однако многие из этих последствий довольно интуитивны и могут быть поняты без математики.

Одним из важных эффектов случайного дрейфа является снижение степени гетерозиготности в популяции с течением времени. Это происходит потому, что при достаточном времени любая конечная популяция в конечном итоге станет гомозиготной из-за дрейфа (хотя, если популяция большая, подход к гомозиготности будет медленным.) Легко понять, почему это так - для частот генов 0 и 1 являются «поглощающими границами», что означает, что как только граница достигнута, пути назад уже нет (кроме мутации). Таким образом, в конечном итоге, данный аллель в конечном итоге станет фиксированным в популяции или вымрут, причем последняя является более вероятной судьбой. Действительно, математические модели показывают, что нейтральный аллель, возникающий в результате мутации, имеет очень низкую вероятность закрепления в популяции; чем больше население, тем ниже вероятность фиксации.

Другим важным эффектом случайного дрейфа является то, что различные субпопуляции вида генетически расходятся друг от друга, так как вероятность накопления аллелей, вероятно, будет происходить по-разному в каждой, особенно если аллели дают небольшое избирательное преимущество или недостаток. Случайно одна популяция может стать фиксированной для аллеля A 1, тогда как вторая популяция станет фиксированной для другого аллеля A 2. Эта возможность является важной, поскольку, если мы ее игнорируем, мы можем ошибочно заключить, что аллель A 1 должен был быть выгодным в среде первой популяции, A 2аллель в среде второго, то есть этот отбор отвечал за генетическую дифференциацию. Такое объяснение может быть правильным, но это не единственный случайный дрейф, обеспечивающий альтернативу.

Вопрос о том, играет ли дрейф или отбор более важную роль в эволюции молекул, широко обсуждался в 1960-х и 1970-х годах; оно лежало в основе острой полемики между «селекционистами» и «нейтралистами» (см. Дитрих 1994). Лагерь нейтралистов, возглавляемый М. Кимурой, утверждал, что большинство молекулярных вариантов не влияют на фенотип, поэтому не подлежат естественному отбору; случайный дрейф был основным фактором, определяющим их судьбу. Кимура утверждал, что кажущаяся постоянной скорость, с которой эволюционируют аминокислотные последовательности белков, и степень генетического полиморфизма, наблюдаемого в природных популяциях, лучше всего может быть объяснена нейтралистической гипотезой (Kimura 1977, 1994). Селекционисты возразили, что естественный отбор также способен объяснить молекулярные данные. В последние годы спор несколько утих,без явной победы ни для одной из сторон. Большинство биологов считают, что некоторые молекулярные варианты действительно нейтральны, хотя и меньше, чем утверждали первоначальные нейтралисты.

3.4 Миграция

Миграция в или из популяции является четвертым и последним фактором, который может повлиять на ее генетический состав. Очевидно, что если иммигранты генетически отличаются от популяции, в которую они въезжают, это приведет к изменению генетического состава населения. Эволюционное значение миграции связано с тем фактом, что многие виды состоят из ряда отдельных субпопуляций, в значительной степени изолированных друг от друга, но связанных случайной миграцией. (Для крайнего примера подразделения популяции, подумайте о колониях муравьев.) Миграция между субпопуляциями вызывает поток генов, который действует как своего рода «клей», ограничивая степень, в которой субпопуляции могут генетически расходиться друг с другом.

Простейшая модель для анализа миграции предполагает, что определенное население получает количество мигрантов каждого поколения, но не отправляет эмигрантов. Предположим, что частота аллеля A 1 в резидентной популяции равна p, а частота аллеля A 1 среди мигрантов, прибывающих в эту популяцию, равна p m. Доля мигрантов, попадающих в популяцию каждого поколения, составляет m (т.е. как доля постоянного населения). Таким образом, после миграции частота аллеля A 1 в популяции составляет:

p '= (1 - m) p + mp m

Таким образом, изменение частоты генов между поколениями:

Δ р знак равно р '- р
знак равно - м (п - р м)

Следовательно, миграция увеличит частоту аллеля A 1, если p m > p, уменьшит его частоту, если p> p m, и оставит частоту неизменной, если p = p m. Тогда будет просто получить уравнение, дающее частоту гена в поколении t как функцию его начальной частоты и скорости миграции. Уравнение:

p t = p m + (p 0 - p m) (1 - m) t

где p 0 - начальная частота аллеля A 1 в популяции, т.е. до того, как произошла какая-либо миграция. Поскольку выражение (1 - m) t стремится к нулю при увеличении t, легко видеть, что равновесие достигается, когда p t = p m, т.е. когда частота генов мигрантов равна частоте генов резидентской популяции.

Эта простая модель предполагает, что миграция является единственным фактором, влияющим на частоту генов в локусе, но это вряд ли так. Поэтому необходимо учитывать, как миграция будет взаимодействовать с отбором, дрейфом и мутацией. Баланс между миграцией и отбором может приводить к сохранению вредного аллеля в популяции, аналогично тому, как обсуждалось выше, с балансом мутации-отбора. Взаимодействие миграции и дрейфа особенно интересно. Мы видели, что дрейф может привести к тому, что отдельные субпопуляции вида генетически расходятся. Миграция противодействует этой тенденции - это гомогенизирующая сила, которая делает субпопуляции более похожими. Математические модели предполагают, что даже достаточно небольшой скорости миграции будет достаточно для предотвращения генетического расхождения популяций вида. Некоторые теоретики использовали это, чтобы возразить против эволюционной важности группового отбора на том основании, что генетические различия между группами, которые необходимы для функционирования группового отбора, вряд ли сохранятся перед лицом миграции.

3.5 Неслучайное спаривание

Напомним, что закон Харди-Вайнберга, отправная точка для большинства популяционно-генетического анализа, был получен в предположении случайного спаривания. Но отклонения от случайного спаривания на самом деле довольно распространены. Организмы могут стремиться выбирать себе подобных, фенотипически или генотипически похожих на них - систему спаривания, известную как «положительный ассортимент». В качестве альтернативы организмы могут выбирать непохожих на них супругов - «отрицательный ассортимент». Другим типом отклонения от случайного спаривания является инбридинг или преимущественно спаривание с родственниками.

Анализ последствий неслучайного спаривания довольно сложен, но некоторые выводы довольно легко увидеть. Во-первых, и самое главное, неслучайное спаривание само по себе не влияет на частоты генов (поэтому не является эволюционной «силой» наравне с отбором, мутацией, миграцией и дрейфом); скорее это влияет на частоты генотипа. Чтобы оценить этот момент, отметим, что частота генов популяции на стадии зиготы равна частоте генов в пуле успешных гамет, из которых формируются зиготы. Паттерн спаривания просто определяет способ «упаковки» гаплоидных гамет в диплоидные зиготы. Таким образом, если случайная популяция спаривания внезапно начнет спариваться неслучайно, это не повлияет на частоты генов.

Во-вторых, позитивное ассортативное спаривание будет иметь тенденцию уменьшать долю гетерозигот в популяции, увеличивая тем самым генотипическую дисперсию. Чтобы увидеть это, рассмотрим снова один локус с двумя аллелями, A 1 и A 2, с частотами p и q в данной популяции. Первоначально популяция находится в равновесии Харди-Вайнберга, поэтому доля A 1 A 2 гетерозигот составляет 2 пк. Если популяция затем начинает полностью ассортативно спариваться, т.е. спаривание происходит только между организмами с одинаковым генотипом, очевидно, что доля гетерозигот должна уменьшаться. Для A 1 A 1 × A 1 A 1 и A 2 AСпаривания 2 × A 2 A 2 не дают гетерозигот; и только половина потомства спаривания A 1 A 2 × A 1 A 2 будет гетерозиготной. Таким образом, доля гетерозигот во втором поколении должна быть менее 2 пк. И наоборот, отрицательный ассортимент будет увеличивать долю гетерозигот по сравнению с равновесием Харди-Вайнберга.

Как насчет инбридинга? В целом, инбридинг имеет тенденцию увеличивать гомозиготность популяции, как положительный ассортимент. Причина этого очевидна - родственники, как правило, более генотипически сходны, чем случайно выбранные представители населения. У большинства видов, в том числе и у человека, инбридинг оказывает негативное влияние на приспособленность организма - это явление известно как «депрессия инбридинга». Объяснение этому заключается в том, что вредные аллели часто имеют тенденцию быть рецессивными, поэтому не имеют фенотипического эффекта при обнаружении у гетерозигот. Инбридинг уменьшает долю гетерозигот, делая рецессивные аллели более вероятными для гомозигот, где проявляются их негативные фенотипические эффекты. Обратное явление - «гибридная сила» в результате скрещивания - широко используется селекционерами животных и растений.

3.6 Модели с двумя локусами и связь

До сих пор наша экспозиция касалась изменения частоты генов в одном локусе, что является самым простым видом популяционно-генетического анализа. Однако на практике маловероятно, что приспособленность организма будет зависеть от его генотипа с одним локусом, поэтому существует ограничение на степень, в которой модели с одним локусом могут освещать эволюционный процесс. Целью моделей с двумя локусами (и, в более общем смысле, с несколькими локусами) является отслеживание изменений частоты генов в более чем одном локусе одновременно. Такие модели неизменно являются более сложными, чем их однолокусные аналоги, но достигают большего реализма.

Простейшая модель двух локусов предполагает два аутосомных локуса, A и B, каждый с двумя аллелями, A 1 и A 2, B 1 и B 2 соответственно. Таким образом, в популяции существует четыре типа гаплоидных гамет: A 1 B 1, A 1 B 2, A 2 B 1 и A 2 B 2 - чьи частоты мы будем обозначать как x 1, x 2, x 3 и x 4 соответственно, (Обратите внимание, что х яне аллельные частоты; в случае двух локусов мы не можем приравнять «частоту гамет» к «частоте аллеля», как это возможно для одного локуса.) Диплоидные организмы, как и прежде, образуются путем слияния двух гамет. Таким образом, в популяции существует десять возможных диплоидных генотипов, если брать каждый тип гамет в комбинации с любым другим.

В случае с одним локусом мы увидели, что в большой популяции случайного спаривания существует простая связь между частотами типов гамет и образующихся ими зиготических генотипов. В случае с двумя локусами те же отношения имеют место. Так, например, частота генотипа A 1 B 1 / A 1 B 1 будет (x 1) 2; частота генотипа A 1 B 1 / A 2 B 1 будет 2 x 1 x 3, и так далее. (Это может быть строго установлено с помощью аргумента, основанного на случайной выборке гамет, аналогичного аргументу, используемому в случае с одним локусом.) Первый аспект закона-генотипических частот Харди-Вайнберга, заданный квадратом массива гаметических частоты-поэтому транспонирует аккуратно в случае двух локусов. Однако, как мы увидим, второй аспект устойчивых по закону генотипических частот Харди-Вайнберга после одного раунда случайного спаривания, как правило, не применим в случае с двумя локусами.

Ключевым понятием в популяционной генетике с двумя локусами является связь или отсутствие независимости между двумя локусами. Чтобы понять связь, рассмотрим набор гамет, продуцируемых организмом генотипа A 1 B 1 / A 2 B 2, то есть двойного гетерозиготы. Если два локуса не связаны, то состав этого набора будет {A 1 B 1, A 1 B 2, A 2 B 1, A 2 B 2}, т.е. все четыре типа гамет будут одинаково представлены. (Мы предполагаем, что первый закон Менделя имеет место в обоих локусах.) Таким образом, несвязанные локусы независимы - какой аллель у гаметы в локусе A ничего не говорит нам о том, какой аллель имеет в локусе B. Противоположная крайность - идеальная связь. Если два локуса идеально связаны, то набор гамет, продуцируемых двойным гетерозиготом A 1 B 1 / A 2 B 2, имеет состав {½ A 1 B 1, ½ A 2 B 2 }; это означает, что если гамета получает аллель A 1 в локусе A, она обязательно получает B 1 аллель в локусе B и наоборот.

В физическом смысле идеальная связь означает, что локусы A и B расположены близко друг к другу на одной хромосоме; аллели в двух локусах, таким образом, наследуются как единое целое. Несвязанные локусы находятся либо в разных хромосомах, либо в одной и той же хромосоме, но разделены значительным расстоянием, поэтому могут быть расщеплены рекомбинацией. Там, где локусы находятся на одной хромосоме, идеальная связь и полное отсутствие связи - это два конца континуума. Степень сцепления измеряется по фракции рекомбинации r, где 0 ≤ r ≤ ½. Состав набора гамет, продуцируемых организмом с генотипом A 1 B 1 / A 2 B 2, можно записать в виде r следующим образом:

A 1 B 1 ½ (1 - р)
A 1 B 2 ½ р
A 2 B 1 ½ р
A 2 B 2 ½ (1 - р)

Легко видеть, что r = ½ означает, что локусы не связаны, поэтому все четыре типа гамет образуются в равной пропорции, а r = 0 означает, что они идеально связаны.

В модели с двумя локусами гаметные (и, следовательно, генотипические) частоты не обязательно должны быть постоянными на протяжении поколений, даже в отсутствие отбора, мутации, миграции и дрейфа, в отличие от случая с одним локусом. (Хотя частоты аллелей, конечно, будут постоянными, в отсутствие каких-либо эволюционных сил.) Можно написать рекуррентные уравнения для частот гамет, как функцию их частот в предыдущем поколении плюс доля рекомбинации. Уравнения:

x 1 '= x 1 + r (x 2 x 3 - x 1 x 4)

x 2 ' = x 2 + r (x 2 x 3 - x 1 x 4)

x 3 '= x 3 + r (x 2 x 3 - х 1 х 4)

х 4 '= х 4 + г (х 2 х 3 - х 1 х 4)

(См. Ewens 1969 или Edwards 2000 для явного вывода этих уравнений.)

Из рекуррентных уравнений легко увидеть, что гаметические (и, следовательно, генотипические) частоты будут стабильными на протяжении поколений, то есть x i '= x i для каждого i при любом из двух условий: (i) r = 0 или (ii) x 2 x 3 - x 1 x 4 = 0. Условие (i) означает, что два локуса идеально связаны и, таким образом, фактически ведут себя как один локус; условие (ii) означает, что два локуса находятся в «равновесии сцепления», что означает, что аллели в A-локусе находятся в случайной ассоциации с аллелями в B-локусе. Точнее говоря, равновесие сцепления означает, что частота A i B i для всего населениягамета равна частоте аллеля A i, умноженной на частоту аллеля B i.

Важный результат в теории двух локусов показывает, что при случайном спаривании величина (x 2 x 3 - x 1 x 4) будет уменьшаться с каждым поколением, пока не достигнет нуля, и в этот момент частоты генотипа будут находиться в равновесии. Таким образом, популяция, изначально находящаяся в неравновесном сцеплении, приблизится к равновесному сцеплению на протяжении нескольких поколений. Скорость сближения зависит от величины r, доли рекомбинации. Обратите внимание на контраст со случаем с одним локусом, когда достаточно одного раунда случайного спаривания, чтобы привести частоты генотипа в равновесие.

4. Популяционная генетика и ее критики

Основные модели классической популяционной генетики, изложенные в предыдущих разделах, существуют уже почти столетие; они происходят от работ Фишера, Холдейна и Райта в 1920-х годах. Современная популяционная генетика построена на этом теоретическом строении несколькими способами, в частности, путем интеграции теории с данными молекулярной биологии. Достижения в области молекулярной биологии позволили получить огромное количество данных о генетической изменчивости реальных популяций, что позволило установить связь между абстрактными популяционно-генетическими моделями и эмпирическими данными. Само по себе это не является новой разработкой: спор о селекционистах и нейтралистах 1960-х годов, упомянутый выше, был вызван новыми данными о полиморфизме белка в популяциях плодовой мухи (см. Lewontin and Hubby 1966). В последнее время,стали доступны обширные наборы данных об изменениях на уровне ДНК, а не на уровне белка; это привело к росту «генетики молекулярной популяции» и связанного с ней набора идей, известных как «теория слияния» (см. Wakeley 2006). В отличие от традиционного популяционно-генетического анализа, который пытается определить, как данная популяция будет развиваться в будущем, теория слияния пытается реконструировать наследственное состояние популяции из ее нынешнего состояния, основываясь на идее, что все гены в популяции в конечном счете выводятся от одного общего предка. Теория коалесценции лежит в основе многих современных исследований в области популяционной генетики. В отличие от традиционного популяционно-генетического анализа, который пытается определить, как данная популяция будет развиваться в будущем, теория слияния пытается реконструировать наследственное состояние популяции из ее нынешнего состояния, основываясь на идее, что все гены в популяции в конечном счете выводятся от одного общего предка. Теория коалесценции лежит в основе многих современных исследований в области популяционной генетики. В отличие от традиционного популяционно-генетического анализа, который пытается определить, как данная популяция будет развиваться в будущем, теория слияния пытается реконструировать наследственное состояние популяции из ее нынешнего состояния, основываясь на идее, что все гены в популяции в конечном счете выводятся от одного общего предка. Теория коалесценции лежит в основе многих современных исследований в области популяционной генетики.

Состояние популяционной генетики в современной биологии является интересным вопросом. Несмотря на ее центральное место в эволюционной теории и ее историческое значение, популяционная генетика не без своих критиков. Некоторые утверждают, что популяционные генетики посвятили слишком много энергии разработке теоретических моделей, часто с большой математической изобретательностью, и слишком мало для фактического тестирования моделей на основе эмпирических данных (Wade 2005). Другие утверждают, что популяционно-генетические модели обычно слишком идеализированы, чтобы пролить какой-либо реальный свет на эволюционный процесс, и ограничены в том, что они могут рассказать нам о фенотипической эволюции (Pigliucci 2008). Третьи утверждают, что исторически популяционная генетика оказывала относительно незначительное влияние на фактическую практику большинства биологов-эволюционистов, несмотря на то, что ей часто платили за лексику (Lewontin 1980). Однако не все биологи принимают эту критику. Так, например, генетик Майкл Линч (2007) недавно написал, что «ничего в биологии не имеет смысла, кроме как в свете популяционной генетики», ссылаясь на знаменитое изречение Добжанки; см. Bromham (2009) и Pigliucci (2008) для обсуждения.

Популяционно-генетические модели эволюции также подвергались критике на том основании, что немногие фенотипические признаки контролируются генотипом в одном локусе или даже в двух или трех локусах. (Многолокусные популяционно-генетические модели существуют, но они, как правило, чрезвычайно сложны.) Существует альтернативная теория, известная как количественная генетика, которая имеет дело с так называемыми «полигенными» или «непрерывными» признаками, такими как рост, на который, как полагают, влияют гены в разных локусах генома, а не только один или два; см. Falconer (1995) для хорошего введения. Количественная генетика использует совершенно другую методологию, чем популяционная генетика. Последний, как мы видели, стремится отслеживать частоты генов и генотипов между поколениями. В отличие от этого, количественная генетика не имеет прямого отношения к частотам генов;Цель состоит в том, чтобы отследить распределение фенотипа или моменты распределения, такие как среднее значение или дисперсия, по поколениям. Несмотря на то, что количественная генетика широко используется селекционерами животных и растений, она, как правило, считается менее фундаментальной теорией теории, чем популяционная генетика, учитывая ее «фенотипическую» ориентацию и играет меньшую роль в эволюционном теоретизировании. Тем не менее, связь между популяцией и количественной генетикой является по существу гармоничной.и играет меньшую роль в эволюционном теоретизировании. Тем не менее, связь между популяцией и количественной генетикой является по существу гармоничной.и играет меньшую роль в эволюционном теоретизировании. Тем не менее, связь между популяцией и количественной генетикой является по существу гармоничной.

Другая критика популяционно-генетического подхода к эволюции заключается в том, что он игнорирует эмбриологическое развитие; эта критика действительно относится к эволюционной теории эпохи «современного синтеза» в целом, в основе которой лежит популяционная генетика. Как мы видели, популяционно-генетические рассуждения предполагают, что гены организма каким-то образом влияют на его фенотип и, следовательно, его приспособленность, но в нем ничего не говорится о том, как гены действительно строят организмы, то есть об эмбриологии. Основатели современного синтеза рассматривали эмбриологию как «черный ящик», детали которого можно было бы игнорировать для целей эволюционной теории; их внимание было сосредоточено на передаче генов из поколения в поколение, а не на процессе, посредством которого гены создают организмы. Эта стратегия была совершенно разумной,учитывая, как мало было понято о развитии в то время. В последние годы были достигнуты большие успехи в молекулярной генетике развития, что возродило надежды на интеграцию изучения эмбриологического развития с эволюционной теорией; отсюда новая дисциплина «эволюционная биология развития», или evo-devo. Иногда утверждают, что evo-devo находится в напряжении с традиционным неодарвинизмом (например, Amundson 2007), но более правдоподобно рассматривать их как совместимые теории с различными акцентами. Иногда утверждают, что evo-devo находится в напряжении с традиционным неодарвинизмом (например, Amundson 2007), но более правдоподобно рассматривать их как совместимые теории с различными акцентами. Иногда утверждают, что evo-devo находится в напряжении с традиционным неодарвинизмом (например, Amundson 2007), но более правдоподобно рассматривать их как совместимые теории с различными акцентами.

В недавней книге Шон Кэрролл, ведущий исследователь evo-devo, утверждает, что популяционная генетика больше не заслуживает почетного места в учебной программе по эволюционной биологии. Он пишет: «Миллионы студентов-биологов научились (исходя из популяционной генетики), что« эволюция - это изменение частот генов »… Эта точка зрения заставляет объяснять математику и абстрактные описания генов, а не бабочек и зебр или австралопитеков. и неандертальцы »(2005, с. 294). Сходный аргумент был сделан Массимо Пиглуччи (2008). Кэрролл утверждает, что вместо того, чтобы определять эволюцию как «изменение частоты генов», мы должны определить ее как «изменение в развитии», признавая тот факт, что большая часть морфологической эволюции вызвана мутациями, которые влияют на развитие организма. Кэрролл, возможно, прав, что evo-devo делает более доступным введение в эволюционную биологию, чем популяционная генетика, и что исключительный акцент на динамике частоты генов - не лучший способ понять все эволюционные явления; но популяционная генетика, возможно, остается необходимой для полного понимания эволюционного процесса.

Несмотря на критику, направленную против нее, популяционная генетика оказала большое влияние на наше понимание того, как работает эволюция. Например, хорошо известный взгляд на эволюцию «генного глаза», разработанный такими биологами, как Г. К. Уильямс, У. Д. Гамильтон и Ричард Докинз, напрямую связан с популяционно-генетическим мышлением; действительно, важные аспекты мышления глазного гена уже присутствовали в работах Фишера (Okasha 2008). Сторонники генного взгляда утверждают, что гены являются реальными бенефициарами эволюционного процесса; генотипы и организмы являются лишь временными проявлениями. В основе естественного отбора лежит конкуренция между генами за большее представительство в генофонде; Создание организмов с адаптивными функциями - это «стратегия», которую разработали гены, чтобы обеспечить свое потомство (Dawkins 1976,1982). Глазное мышление Джина произвело революцию во многих областях эволюционной биологии за последние тридцать лет, особенно в области поведения животных; но во многих отношениях это просто яркий блеск концепции эволюции, заложенной в формализмы популяционной генетики.

5. Философские проблемы в популяционной генетике

Генетика населения поднимает ряд интересных философских вопросов. Один из таких вопросов касается концепции самого гена. Как мы видели, популяционная генетика возникла в 1920-х и 1930-х годах, задолго до того, как была открыта молекулярная структура генов. В эти предмолекулярные дни ген представлял собой теоретическую сущность, постулированную для объяснения наблюдаемых закономерностей наследования в экспериментах по селекции; из чего были сделаны гены, как они вызывали фенотипические изменения и как они передавались от родителей к потомству, неизвестно. Сегодня мы знаем ответы на эти вопросы благодаря впечатляющему успеху молекулярной генетики, открытому Уотсоном и Криком в 1953 году. Ген превратился из теоретического объекта в нечто такое, чем можно на самом деле манипулировать в лаборатории.

Связь между геном классической (предмолекулярной) генетики и геном современной молекулярной генетики является тонкой и широко обсуждаемой темой (Beurton, Falk and Rheinberger (eds.) 2000, Griffiths and Stotz 2006, Moss 2003). В молекулярной генетике «ген» в большей или меньшей степени относится к участку ДНК, который кодирует определенный белок, поэтому ген является единицей функции. Но в классической популяционной генетике «ген» в большей или меньшей степени относится к той части наследственного материала, которая унаследована целыми поколениями, поэтому ген - это единица передачи, а не функция. Во многих случаях две концепции гена будут выделять примерно одинаковые сущности, что заставляет некоторых философов утверждать, что классическая генетика может быть «сведена» к молекулярной генетике (Sarkar 1998). Но ясно, что эти два понятия не имеют абсолютно одинаковое расширение; не каждый молекулярный ген является классическим геном, и наоборот. Некоторые теоретики идут дальше этого, утверждая, что молекулярная биология действительно показывает, что не существует таких вещей, как классические гены.

Какой бы ни была точка зрения на эту дискуссию, поразительно, что практически все центральные концепции популяционной генетики были разработаны в предмолекулярную эпоху, когда так мало было известно о том, что такое гены; Базовая структура популяционно-генетической теории мало изменилась со времен Фишера, Холдейна и Райта. Это отражает тот факт, что эмпирические предпосылки популяционно-генетических моделей действительно довольно узки; основная предпосылка - просто существование наследственных частиц, которые подчиняются менделевским правилам передачи и которые каким-то образом влияют на фенотип. Поэтому, даже не зная, из чего состоят эти наследственные частицы или как они оказывают свои фенотипические эффекты, ранние популяционные генетики смогли разработать внушительный свод теории. То, что теория продолжает быть полезной сегодня, иллюстрирует силу абстрактных моделей в науке.

Это приводит нас к еще одному аспекту популяционной генетики, который привлек внимание философов: способ, которым абстрактные модели, которые включают упрощающие предположения, известные как ложные, могут освещать реальные эмпирические явления. Идеализированные модели такого рода играют центральную роль во многих науках, включая физику, экономику и биологию, и поднимают интересные методологические вопросы. В частности, часто существует компромисс между реализмом и гибкостью; Чем реалистичнее модель, тем сложнее она становится, что обычно ограничивает ее полезность и диапазон ее применения. Эта общая проблема и другие подобные ей широко обсуждались в философской литературе по моделированию (например, Годфри-Смит 2006, Вейсберг 2006, Фригг и Хартманн 2006) и связаны с популяционной генетикой у Плутинского (2006).

Ясно, что модели популяционной генетики основаны на предположениях, которые, как известно, являются ложными, и являются предметом компромисса между реализмом и трактовкой. Простейшие популяционно-генетические модели предполагают случайное спаривание, неперекрывающиеся поколения, бесконечный размер популяции, совершенную менделевскую сегрегацию, частотно-независимую пригодность генотипа и отсутствие стохастических эффектов; очень маловероятно (а в случае предположения о бесконечной популяции невозможно), что какое-либо из этих предположений справедливо для любой реальной биологической популяции. Были построены более реалистичные модели, которые ослабляют одно из вышеупомянутых предположений, но их неизменно намного сложнее анализировать. Это интересный исторический вопрос, были ли эти «стандартные» популяционно-генетические предположения изначально сделаны, потому что они упростили математику,или потому, что они считались разумным приближением к реальности, или и тем, и другим. Этот вопрос был поднят Morrison (2004) в связи с ранней популяционно-генетической работой Фишера.

Другая философская проблема, затронутая популяционной генетикой, - редукционизм. Часто утверждают, что популяционно-генетический взгляд на эволюцию по своей сути является редукционистским, как со стороны его критиков, так и его защитников. Это видно из того, как популяционные генетики определяют эволюцию: изменение частоты генов. В этом определении подразумевается, что такие эволюционные явления, как видообразование, адаптивное излучение, диверсификация, а также фенотипическая эволюция, в конечном итоге могут быть сведены к изменению частоты генов. Но действительно ли мы знаем, что это правда? Многие биологи, особенно биологи «всего организма», не убеждены в этом и поэтому отвергают как популяционно-генетическое определение эволюции, так и первенство, традиционно присущее популяционной генетике в эволюционной биологии (Pigliucci 2008).

Это большой вопрос, и он связан с вопросами, обсуждаемыми в разделе 4. Этот вопрос можно с пользой разделить на два: (i) могут ли микроэволюционные процессы объяснить всю эволюцию ?; (ii) можно ли свести всю микроэволюцию к популяционной генетике? «Микроэволюция» относится к эволюционным изменениям, которые происходят в данной популяции в течение относительно коротких периодов времени (например, триста поколений). Эти изменения обычно включают замену гена на его аллели, точно такого же типа, который моделируется популяционной генетикой. Таким образом, в микроэволюционных временных масштабах мы обычно не ожидаем увидеть вымирание, видообразование или серьезные морфологические изменения - явления, которые называются «макроэволюционными». Многие биологи считают, что макроэволюция - это просто «микроэволюция в целом», но эта точка зрения не универсальна. Например, такие авторы, как Gould (2002) и Eldredge (1989), убедительно доказывают, что макроэволюционные явления регулируются автономной динамикой, не сводимой к микроэволюционной основе. Философские дискуссии по этому вопросу включают Sterelny (1996), Grantham (1995) и Okasha (2006).

Если не учитывать сводимость макроэлементов к микроэволюции, все еще остается вопрос о том, является ли удовлетворительным исключительно популяционно-генетический подход к последним. Некоторые причины сомневаться в этом уже обсуждались; они включают в себя сложность отношения генотип-фенотип, тот факт, что популяционная генетика рассматривает развитие как черный ящик, и идеализирующие допущения, на которых основаны его модели. Другим моментом, не обсуждавшимся выше, является тот факт, что популяционные генетические модели (намеренно) ничего не говорят о причинах различий в приспособленности между генотипами, чьи последствия они моделируют (Sober 1984, Glymour 2006). Например, в простой модели одного локуса из раздела 3.1 ничего не сказано о том, почему три генотипа оставляют разное количество успешных гамет. Чтобы полностью понять эволюцию,экологические факторы, которые приводят к этим различиям пригодности, также должны быть поняты Хотя это обоснованный момент, самое большее, что он показывает, это то, что исключительно популяционно-генетический подход не может дать полного понимания эволюционного процесса. Это на самом деле не угрожает традиционному представлению о том, что популяционная генетика является фундаментальной для эволюционной теории.

Последний набор философских вопросов, касающихся генетики населения, касается причинно-следственной связи. Эволюционная биология обычно считается наукой, которая дает причинные объяснения: она рассказывает нам о причинах определенных эволюционных явлений (Okasha 2009). Это причинно-следственное измерение эволюционных объяснений нашло отражение в популяционной генетике, где отбор, мутация, миграция и случайный дрейф часто описываются как причины или «силы», которые приводят к изменению частоты генов (Sober 1984). Основа для этого способа выражения достаточно очевидна. Если частота гена A в популяции увеличивается от одного поколения к другому, и если популяция подчиняется правилам менделевского наследования, то, по логике, должна была произойти одна из трех вещей: организмы, несущие ген A, должны иметь воспроизводимые организмы без (Я);организмы, несущие ген А, должны были мигрировать в популяцию (II); или, должно быть, произошла мутация в гене А одного из его аллелей (III). Нетрудно убедиться, что если бы не произошло ни одного из (I) - (III), то частота гена A не изменилась бы. Обратите внимание, что случай (I) охватывает как отбор, так и случайный дрейф, в зависимости от того, размножались ли организмы A и не A по-разному из-за их генотипического различия или случайно.в зависимости от того, размножаются ли организмы A и не A по-разному из-за их генотипического различия или случайно.в зависимости от того, размножаются ли организмы A и не A по-разному из-за их генотипического различия или случайно.

Несмотря на этот аргумент, ряд философов возразили против идеи, что эволюционные изменения могут быть с пользой восприняты как вызванные различными факторами, включая естественный отбор (например, Matthen and Ariew 2009, Walsh 2007). Разнообразные возражения против этого, по-видимому, невинного способа высказывания были нивелированы; некоторые из них, по-видимому, являются возражениями против метафоры «эволюционных сил», в частности, в то время как другие основываются на более общих соображениях, касающихся причинности и случайности. Статус этих возражений является спорным вопросом; см. Reisman and Forber (2005), Brandon and Ramsey (2007) и Sarkar (2011) для критического обсуждения. «Непричинный» (или «статистический», как его иногда называют) взгляд на эволюцию, безусловно, является радикальным, поскольку идея о том, что естественный отбор, в частности,является потенциальной причиной эволюционных изменений, является практически аксиоматическим в эволюционной биологии и регулярно преподается студентам по этому предмету. Как указывает Миллштейн (2002), если человек отказывается от этой точки зрения, становится трудно осмыслить важные эпизоды в истории эволюционной биологии, такие как споры между селекционистами и нейтралистами.

Полное решение этого вопроса не может быть предпринято здесь; однако стоит сделать одно замечание о том, что мутации, отбор, миграция и дрейф должны рассматриваться как «причины» изменения частоты генов. Существует важное различие между дрейфом, с другой стороны, и тремя другими факторами, с другой. Это потому, что мутация, отбор и миграция являются направленными; они обычно приводят к ненулевому ожидаемому изменению частот генов (Rice 2004 p. 132). Случайный дрейф, с другой стороны, ненаправленный; ожидаемое изменение из-за дрейфа по определению ноль. Как указывает Райс (2004), это означает, что мутация, отбор и миграция могут быть представлены векторным полем в пространстве частот генов; их совокупное влияние на общее эволюционное изменение затем представляется обычным векторным сложением. Но дрейф не может быть обработан таким образом, поскольку он имеет величину, а не направление. Поскольку сторонники «не-причинной» точки зрения мотивированы странностью рассматривать дрейф или случайность как причинную силу, у них есть смысл. Однако эта аргументация специфична для случайного дрейфа; оно не распространяется на все факторы, которые влияют на изменение частоты генов.

Соответствующее соображение заключается в следующем. Предположим, что вместо выбора и дрейфа мы используем выражение «дифференциальное воспроизведение», чтобы охватить оба. Это дает нам три «фактора», которые могут привести к изменению частоты генов в менделевских популяциях: дифференциальное размножение, мутация и миграция. Нетрудно убедиться, что хотя бы один из этих трех факторов должен был действовать, если частоты гена в популяции изменяются. Представляется беспроблемным рассматривать эти три фактора как причины эволюции. Однако идея о том, что дифференциальное воспроизведение может быть разложено на две «суб-причины», а именно естественный отбор и случайный дрейф, гораздо более сомнительна. Когда мы говорим о дифференциальном воспроизведении как о «обусловленном» случайным дрейфом или случайностью, это не следует истолковывать как причинную атрибуцию. Скорее,мы имеем в виду, что дифференциальное размножение не было результатом систематических различий в том, насколько хорошо генотипы были адаптированы к окружающей среде.

В заключение, неудивительно, что так много философских рассуждений о популяционной генетике уделяется ее центральной роли в эволюционной биологии, науке, которая долгое время привлекала внимание философов. Предыдущее обсуждение было сосредоточено на самых выдающихся дебатах, касающихся генетики населения в недавней философской литературе; но на самом деле популяционная генетика имеет отношение, по крайней мере косвенно, практически ко всем темам, традиционно обсуждаемым философами эволюционной биологии.

Библиография

  • Амундсон, Р., 2007, «Изменяющаяся роль зародыша в эволюционной мысли», Кембридж: издательство Кембриджского университета.
  • Beurton, PJ, Falk, R. и Rheinberger, H. (eds.), 2000, Концепция гена в развитии и эволюции, Кембридж: издательство Cambridge University Press.
  • Боулер, PJ, 1988, Недарвиновская революция, Балтимор, MD: Университетская пресса Джонса Хопкинса.
  • Reisman, K. and Forber, P., 2005, «Манипулирование и причины эволюции», Philosophy of Science, 72: 1113–1123.
  • Брэндон, Р. Н. и Рэмси, Г., 2007, «Что не так с статистической интерпретацией естественного отбора и случайного дрейфа? -84.
  • Бромхем, Л., 2009, «Ничто в эволюции не имеет смысла в свете популяционной генетики?», «Биология и философия», 24: 387–403.
  • Кэрролл, С. Б., 2005, Бесконечные прекраснейшие формы: Новая наука об Эво Дево и создание царства животных, Нью-Йорк: В. В. Нортон.
  • Кроу, Дж. Ф. и Кимура, М., 1970, Введение в теорию популяционной генетики, Нью-Йорк: Харпер и Роу.
  • Дарвин, C., 1859, Происхождение видов с помощью естественного отбора, Лондон: Джон Мюррей.
  • Докинз Р., 1976, Эгоистичный ген, Оксфорд: издательство Оксфордского университета.
  • –––, 1982, Расширенный фенотип, Оксфорд: издательство Оксфордского университета.
  • Дитрих М. Р., 1994, «Истоки нейтральной теории молекулярной эволюции», журнал истории биологии, 27: 21–59.
  • Dunn, LC, 1965, Краткая история генетики, Лондон: McGraw Hill.
  • Эдвардс, AWF, 1977, Основы математической генетики, Кембридж: издательство Кембриджского университета.
  • Элдридж Н., 1989, Макроэволюционная динамика, Нью-Йорк: Макгроу Хилл.
  • Юенс, WJ, 1969, популяционная генетика, Birkenhead: Willmer Brothers.
  • Falconer, DS, 1995, Введение в количественную генетику, 4-е издание, Лондон: Longman.
  • Фишер, Р. А., 1918, «Корреляция между родственниками в предположении менделевского наследования», Труды Королевского общества Эдинбурга, 52: 399–433.
  • –––, 1930, Генетическая теория естественного отбора, Оксфорд: Кларендон Пресс.
  • Фригг Р. и Хартманн С., 2006, «Модели в науке», Стэнфордская энциклопедия философии (издание 2009 года), Эдвард Залта (ред.), URL = ,
  • Гиллеспи, JH, 2004, Генетика населения: краткое руководство, 2-е издание, Балтимор, MD: Издательство Университета Джонса Хопкинса.
  • Glymour, B., 2006, «Странное моделирование: популяционная генетика и естественный отбор», Philosophy of Science, 73: 369–389.
  • Годфри-Смит, П., 2006, «Стратегия модельной науки», Биология и философия, 21: 725–740.
  • Gould, SJ, 2002, Структура эволюционной теории, Кембридж, MA: издательство Гарвардского университета.
  • Grantham, TA, 1995, «Иерархические подходы к макроэволюции», Ежегодный обзор экологии и систематики, 26: 301–321.
  • Griffiths, PE и Stotz, K., 2006, «Гены в постгеномную эпоху», Теоретическая медицина и биоэтика, 27 (6): 499–521.
  • Холдейн, JBS, 1930–1932, «Математическая теория естественного и искусственного отбора», Труды Кембриджского философского общества, 26–28, части I – IX.
  • –––, 1932, Причины эволюции, Лондон: Лонгманс Грин.
  • Харди, Г. Х., 1908, «Менделевские пропорции в смешанном населении», Наука, 28: 49–50.
  • Hartl. DL, 1980, Принципы популяционной генетики, Сандерленд, MA: Sinauer.
  • Хартл Д. Л., Кларк А. Г., 1997, Принципы популяционной генетики, 3- е издание, Сандерленд, Массачусетс: Синауэр.
  • Кимура М., 1964, диффузионные модели в популяционной генетике, Лондон: Метуэн.
  • –––, 1977, «Нейтральная теория молекулярной эволюции и полиморфизма», Scientia, 112: 687–707.
  • –––, 1994, популяционная генетика, молекулярная эволюция и нейтральная теория, Чикаго: Университет Чикагской прессы.
  • Кимура, М. и Охта, Т., 1971, Теоретические аспекты популяционной генетики, Принстон: издательство Принстонского университета.
  • Левонтин, RC, 1974, Генетические основы эволюционных изменений, Нью-Йорк: издательство Колумбийского университета.
  • –––, 1980, «Теоретическая популяционная генетика в эволюционном синтезе», в «Эволюционном синтезе», Э. Майр и У. Б. Провайн (ред.), Кембридж М. А., издательство Гарвардского университета, 58–68.
  • Левонтин Р. К. и Хабби Д. Л., 1966, «Молекулярный подход к изучению генетической гетерозиготности в природных популяциях 1», Генетика, 54 (2), 577–594.
  • Линч, MJ, 2007, Происхождение архитектуры генома, Балтимор, MD: Sinauer.
  • Matthen, M. and Ariew, A., 2009, «Отбор и причинность», Philosophy of Science, 76: 201–224.
  • Мейнард Смит, J., 1989, эволюционная генетика, Оксфорд: издательство Оксфордского университета.
  • Миллштейн Р., 2002, «Действительно ли случайный дрейф и естественный отбор концептуально различны?», Биология и философия, 17: 33–53.
  • Моррисон, М., 2004, «Генетика населения и мышление населения: математика и роль личности», Философия науки, 71: 1189–1200.
  • Мосс, Л., 2003, Что гены не могут сделать, Кембридж, MA: MIT Press.
  • Окаша, С., 2006, Эволюция и уровни отбора, Оксфорд: издательство Оксфордского университета.
  • –––, 2008, «Фундаментальная теорема Фишера о естественном отборе: философский анализ», Британский журнал по философии науки, 59: 319–351.
  • –––, 2009, «Причинность в биологии», в Оксфордском справочнике по причинно-следственной связи, H. Beebee, C. Hitchcock и P. Menzies (eds.), Oxford, Oxford University Press, 707–725.
  • Пиглуччи, М., 2008, «Правильная роль популяционной генетики в современной эволюционной теории», Биология и философия, 3 (4): 316–324.
  • Provine, WB, 1971, Происхождение теоретической генетики населения, Чикаго: Университет Чикагской Прессы.
  • Плутинский А., 2006, «Стратегии построения моделей в популяционной генетике», Философия науки, 73: 755–764.
  • Reisman, K. and Forber, P., 2005, «Манипулирование и причины эволюции», Philosophy of Science, 72: 1113–1123.
  • Райс, SH, 2004, эволюционная теория, Сандерленд, MA: Sinauer.
  • Roughgarden, J., 1979, теория популяционной генетики и эволюционной экологии, Нью-Йорк: Macmillan.
  • Саркар, С., 1998, Генетика и редукционизм, Кембридж: издательство Кембриджского университета.
  • –––, 2011, «Дрифт и причины эволюции», в книге П. Маккея Иллари, Ф. Руссо и Дж. Уильямсона (ред.) Причинность в науках, Оксфорд: издательство Оксфордского университета, 445–469.
  • Sober, E., 1984, The Nature of Selection, Chicago: Chicago University Press.
  • Стерельный, К., 1996, «Объяснительный плюрализм в эволюционной биологии», Биология и философия, 11: 193–214.
  • Уэйд, MJ, 2005, «Эволюционная и экологическая генетика», Стэнфордская энциклопедия философии (издание 2005 года), Эдвард Залта (ред.), URL = ,
  • Уэйкли, Дж., 2004, Коалесцентная теория: введение, Гринвуд Виллидж, Колорадо: Робертс.
  • Уолш, Д. М., 2007, «Великолепие излишних причин: интерпретация эволюционной теории», Философия науки, 74: 281–303.
  • Weinberg, W., 1908, «Uber den Nachweis der Vererbung beim Menschen», Jahreshefte des Vereins for Vaterlandische Naturkunde, Württemburg, 64: 368–82. Английский перевод в С. Бойер (ред.), 1983, Документы по генетике человека, Энглвудские скалы, Нью-Джерси: Прентис-Холл, 4-15.
  • Вейсберг, М., 2006, «Сорок лет« Стратегии »: Левинс о построении и идеализации моделей», Биология и философия, 21: 623–645.
  • Райт, S., 1931, «Эволюция в менделевских популяциях», Genetics, 16: 97–159.
  • –––, 1937, «Распределение частот генов в популяциях», Труды Национальной академии наук, 23: 307–20.
  • –––, 1968–1978, Эволюция и генетика популяций, тома 1–4, Чикаго: Университет Чикагской прессы.

Академические инструменты

значок сеп человек
значок сеп человек
Как процитировать эту запись.
значок сеп человек
значок сеп человек
Предварительный просмотр PDF-версию этой записи в обществе друзей SEP.
значок Inpho
значок Inpho
Посмотрите эту тему в Проекте интернет-философии онтологии (InPhO).
Фил документы
Фил документы
Расширенная библиография для этой записи в PhilPapers со ссылками на ее базу данных.

Другие интернет-ресурсы

[Пожалуйста, свяжитесь с автором с предложениями.]

Рекомендуем: