Czym jest zasada Hardy'ego-Weinberga?

Proporcje Hardy'ego-Weinberga dla dwóch alleli: oś pozioma pokazuje dwie częstotliwości alleli p i q, a oś pionowa pokazuje oczekiwane częstotliwości genotypu. Każda linia przedstawia jeden z trzech możliwych genotypów.

Johnuniq/Wikimedia Commons/CC BY-SA

Godfrey Hardy (1877-1947), angielski matematyk, i Wilhelm Weinberg (1862-1937), niemiecki lekarz, znaleźli sposób na powiązanie prawdopodobieństwa genetycznego i ewolucja na początku XX wieku. Hardy i Weinberg niezależnie pracowali nad znalezieniem równania matematycznego wyjaśniającego związek między równowagą genetyczną a ewolucją w populacji gatunków.

W rzeczywistości Weinberg był pierwszym z dwóch mężczyzn, który opublikował i wygłosił wykład na temat swoich idei równowagi genetycznej w 1908 roku. Przedstawił swoje odkrycia Towarzystwu Historii Naturalnej Ojczyzny w Wirtembergii w Niemczech w styczniu tego roku. Praca Hardy'ego została opublikowana dopiero sześć miesięcy później, ale otrzymał całe uznanie, ponieważ publikował w języku angielskim, podczas gdy praca Weinberga była dostępna tylko w języku niemieckim. Minęło 35 lat, zanim uznano wkład Weinberga. Nawet dzisiaj niektóre angielskie teksty odnoszą się do tej idei jedynie jako „Prawo Hardy'ego”, całkowicie pomijając pracę Weinberga.

Hardy i Weinberg i mikroewolucja

Karola DarwinaTeoria ewolucji poruszyła krótko o korzystnych cechach przekazywanych potomstwu przez rodziców, ale rzeczywisty mechanizm tego był wadliwy. Gregor Mendel opublikował swoje dzieło dopiero po śmierci Darwina. Zarówno Hardy, jak i Weinberg zrozumieli, że dobór naturalny nastąpił z powodu niewielkich zmian w genach gatunku.

Prace Hardy'ego i Weinberga skupiały się na bardzo małych zmianach na poziomie genów spowodowanych przez przypadek lub inne okoliczności, które zmieniły pula genowa ludności. Częstotliwość pojawiania się niektórych alleli zmieniała się z pokolenia na pokolenie. Ta zmiana częstotliwości alleli była siłą napędową ewolucji na poziomie molekularnym, czyli mikroewolucji.

Ponieważ Hardy był bardzo utalentowanym matematykiem, chciał znaleźć równanie, które przewidywałoby częstość alleli w populacjach, aby mógł znaleźć prawdopodobieństwo ewolucji na przestrzeni wielu pokoleń. Weinberg również niezależnie pracował nad tym samym rozwiązaniem. W równaniu równowagi Hardy'ego-Weinberga wykorzystano częstotliwość allele przewidywać genotypy i śledzić je na przestrzeni pokoleń.

Równanie równowagi Hardy'ego Weinberga

p^dwa+ 2pq + q^dwa= 1

(p = częstość lub odsetek dominującego allelu w formacie dziesiętnym, q = częstość lub odsetek allelu recesywnego w formacie dziesiętnym)

Ponieważ p jest częstotliwością wszystkich dominujących alleli ( A ), liczy wszystkie homozygotyczny osobniki dominujące ( AA ) i połowa heterozygotyczny osoby ( A a). Podobnie, ponieważ q jest częstością wszystkich alleli recesywnych ( a ), zlicza wszystkie homozygotyczne osobniki recesywne ( aaa ) i połowa osobników heterozygotycznych (A a ). Dlatego p^dwaoznacza wszystkie homozygotyczne osobniki dominujące, q^dwaoznacza wszystkie osobniki homozygotyczne recesywne, a 2pq to wszystkie osobniki heterozygotyczne w populacji. Wszystko jest ustawione na 1, ponieważ wszystkie osobniki w populacji to 100 procent. To równanie może dokładnie określić, czy ewolucja zachodziła między pokoleniami i w jakim kierunku zmierza populacja.

Aby to równanie zadziałało, zakłada się, że nie są spełnione jednocześnie wszystkie poniższe warunki:

1. Nie występuje mutacja na poziomie DNA.
2. Naturalna selekcja nie występuje.
3. Populacja jest nieskończenie duża.
4. Wszyscy członkowie populacji mogą się rozmnażać i rozmnażać.
5. Wszystkie krycia są całkowicie przypadkowe.
6. Wszystkie osobniki dają taką samą liczbę potomstwa.
7. Nie ma emigracji ani imigracji.

Powyższa lista opisuje przyczyny ewolucji. Jeśli wszystkie te warunki są spełnione w tym samym czasie, w populacji nie zachodzi ewolucja. Ponieważ równanie równowagi Hardy'ego-Weinberga jest używane do przewidywania ewolucji, musi zachodzić mechanizm ewolucji.