พนัธุศาสตรป์ระชากรPopulation genetics

วชิาชวีวทิยา ๕ ว ๓๐๒๔๕นางบุษรากร ขนันทอง

ความเดิมตอนที่แล้ว

แนวคิดเกี่ยวกับววิฒันาการแนวคิดของลามารก์

เชื่อวา่สิง่มชีวีติมกีารเปลี่ยนแปลง หรอืเกิดววิฒันาการขึน้ โดยมสีภาพแวดล้อมเป็นแรงผลักดันให้เกิดการเปบีย่นแปลง

เสนอ ๑.กฎการใชแ้ละไมใ่ช้ ๒.กฎการถ่ายทอดลักษณะที่เกิดขึน้ใหม่

นักวทิยาศาสตรส์ว่นมากไมย่อมรบัทฤษฎีของลามารก์ เพราะไมส่ามารถพสิจูน์ได้วา่ลักษณะที่เกิดจากการใชแ้ละไมใ่ชน้ัน้สามารถถ่ายทอดไปยงัรุน่ต่อไปได้

แนวคิดของดารว์นิ

ดารว์นิเสนอ ทฤษฎีการคัดเลือกโดย“ธรรมชาติ (Natural selection) สิง่มชีวีติที่มลีักษณะเหมาะสมกับสิง่

แวดล้อมที่อาศัยอยู ่ จะสามารถมชีวีติอยู่รอด และสบืพนัธุถ์่ายทอดลักษณะนัน้ให้รุน่ต่อไปได้มากกวา่สิง่มชีวีติที่มลีักษณะเหมาะสมน้อยกวา่

ลามารแ์ละดารว์นิ มแีนวคิดที่เหมอืนกันคือ ววิฒันาการเกิดขึน้กับสิง่มชีวีติเพื่อให้สิง่มีชวีติมลีักษณะที่เหมาะสมกับสภาพแวดล้อมที่อาศัยอยู่แต่ที่แตกต่างคือ

ลามารก์คิดวา่ การเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึน้กับสิง่มชีวีติเป็นผลมาจากการใชห้รอืไม่ใชอ้วยัวะหรอืโครงสรา้งนัน้ที่สามารถถ่ายทอดไปยงัรุน่ต่อไปได้ ดารว์นิคิดวา่ ลักษณะของดารว์นิที่ถ่ายทอดที่ถ่ายทอดไปยงัรุน่ต่อไปได้นัน้ เป็นลักษณะที่เหมาะสมกับสภาพแวดล้อมที่ดำารงชวีติอยู่

แนวคิดเกี่ยวกับววิฒันาการในยุคปัจจุบนั (Synthetic theory of evolution)ดารว์นิไมส่ามารถอธบิายได้วา่

๑. ความแปรผันทางพนัธุกรรมของประชากรเกิดขึน้ได้อยา่งไร ๒. พอ่แมส่ามารถถ่ายทอดลักษณะที่ถกูคัดเลือกไปยงัลกูได้อยา่งไรอธบิาย ๒ ขอ้ขา้งต้น โดยใชค้วามรูจ้าก หลักการของเมนเดล + การคัดเลือกโดยธรรมชาติของดารว์นิ + ความรูท้างสถิติ เขา้มาใชก้ับประชากรในธรรมชาติ

แนวคิดเกี่ยวกับววิฒันาการในยุคปัจจุบนั (Synthetic theory of evolution)แนวคิดนี้เน้นความสำาคัญของประชากร  สิง่มชีวีติแต่ละตัวในกลุ่มประชากรจะมคีวามแปรผันแตกต่างกัน การแปรผันทางพนัธุกรรมใดที่เหมาะสมกับสภาพแวดล้อม จะทำาให้สิง่มชีวีตินัน้สามารถอยูร่อดและสบืพนัธุถ์่ายทอดลักษณะดังกล่าวไปสูล่กูหลานรุน่ต่อไปได้ จงึถือได้วา่สิง่แวดล้อมนับเป็นปัจจยัสำาคัญในการคัดเลือกประชากรที่เหมาะสมให้ดำารงอยูไ่ด้ในสภาพแวดล้อมนัน้เป็นการนำาความรูด้้านพนัธุศาสตรป์ระชากรมาประยุกต์ใชใ้นการอธบิายววิฒันาการ

พนัธุศาสตรป์ระชากร (Population genetics) เป็นการศึกษาเกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงความถี่ของยนี (gene  frequency) หรอืการเปลี่ยนแปลงความถี่ของแอลลีล( allele frequency) และการเปลี่ยนแปลงความถี่ของจโีนไทป ์(genotype frequency) ท่ีเป็นองค์ประกอบทางพนัธุกรรมของประชากร และปัจจยัที่ทำาให้ความถี่ของแอลลีลเปลี่ยนแปลง

สิง่ที่น่าสนใจคือเราจะศึกษาความถี่ดังกล่าวในประชากรได้อยา่งไร

การศึกษาความถ่ียนีและความถ่ีจโีนไทป ์ภายในยนีพูลเดียวกัน ยนีพูล (Gene pool)

หมายถึง จำานวนยนีทั้งหมดที่มอียูใ่นประชากร ในชว่งเวลาหนึ่งๆความถี่ยนี (Gene frequency) หรอื ความถี่แอลลีล หมายถึง ปรมิาณของแอลลีลชนิดต่างๆ เมื่อคิดเป็นสดัสว่นหรอืรอ้ยละต่อจำานวนแอลลีลทั้งหมดของยนีตำาแหน่งเดียวกันในประชากรความถี่จโีนไทป ์(Genotype frequency) หมายถึง ปรมิาณจโีนไทปช์นิดต่างๆ เมื่อคิดเป็นสดัสว่นหรอืรอ้ยละต่อปรมิาณจโีนไทปท์ั้งหมดของยนีในตำาแหน่งเดียวกันในประชากร

จากแผนภาพ นร.มวีธิกีารหาความถี่จโีนไทป์และความถี่ยนี อยา่งไร?

ถ้าสมาชกิทกุต้นในกลุ่มประชากร มโีอกาสผสมพนัธุไ์ด้เท่าๆกัน ความถี่จโีนไทปแ์ละความถี่แอลลีลในประชากรรุน่ต่อไปจะเป็นอยา่งไร?

“ประชากรมโีอกาสผสมพนัธุไ์ด้เท่าๆกัน หรอื”ประชากรมกีารผสมพนัธุแ์บบสุม่

หมายความวา่ เซลล์สบืพนัธุ ์A หรอื a มโีอกาสเขา้ผสมพนัธุไ์ด้เท่าๆกัน

ถ้าสมาชกิทกุต้นในกลุ่มประชากร มโีอกาสผสมพนัธุไ์ด้เท่าๆกัน ความถี่จโีนไทปแ์ละความถี่แอลลีลในประชากรรุน่ต่อไปจะเป็นอยา่งไร?

G.H.Hardy และ W.Weinberg ได้อธบิายไวด้ังนี้ถ้าประชากรมลีักษณะ ๑. มขีนาดใหญ่ ๒. ไมม่กีารถ่ายเทเคลื่อนยา้ยยนีระหวา่งกลุ่มประชากร ๓. ไมเ่กิดมวิเทชัน่ ๔. สมาชกิทกุตัวมโีอกาสผสมพนัธุไ์ด้เท่ากัน ๕. ไมเ่กิดการคัดเลือกโดยธรรมชาติ สิง่มีชวีติทกุตัวมโีอกาสอยูร่อดและประสบความสำาเรจ็ในการสบืพนัธุไ์ด้เท่าๆกันความถี่ของจโีนไทปแ์ละความถี่ของแอลลีล จะมคี่า

คงที่ในทกุๆรุน่Hardy-Weinberg Theory

ใน sperm ความถ่ีของ A = ๐.๘ ความถ่ีของ a =

ใน OVARY ความถ่ีของ A = ๐.๘ ความถ่ีของ A = ๐.๒

ดังนัน้ ในรุน่ลกูนี้จงึมคีวามถี่ของแอลลีล A=๐.๘ และ a=๐.๒ เหมอืนประชากรในรุน่พอ่แม ่ Hardy-Weinberg Theory

ความถ่ีจโีนไทปืในรุน่ลกูจงึเป็นAA=๐.๖๔,Aa=๐.๓๒,aa=๐.๐๔

ในรุน่ลกูมคีวามถี่ของแอลลีล A=๐.๘ และ a=๐.๒ เหมอืนประชากรในรุน่พอ่แม ่ Hardy-Weinberg Theoryให้ p=ความถ่ีของแอลลีล A และ q= ความถ่ีของแอลลีล aซึง่ก็คือ แอลลีลท้ังหมดในประชากรเท่ากับ 1 (0.8+0.2 = 1) หรอื 100% หรอื 1 หน่วย p+q=1 หรอื p=1-q หรอื q=1-pเมื่อ gamete มารวมตัวกัน ความถี่จโีนไทปก์็จะเป็นดังนี้จโีนไทป ์AA คือ P2 = (0.8)2 = 0.64

จโีนไทป ์aa คือ q2 = (0.2)2 = 0.04จโีนไทป ์Aa คือ 2Pq = (0.8)(0.2) = 0.32เมื่อรวมความถ่ีของทกุจโีนไทป ์= 0.64+0.04+0.32 = 1นัน่คือ P2 + 2Pq + q2 = 1 หรอื ทกุจโีนไทป์ในยนีพูลของประชากร = 1 P2 + 2Pq + q2 = 1 เรยีกวา่ สมการของฮารดี์-ไวน์เบริก์

เรานำาเอา สมการของฮารดี์-ไวน์เบริก์ P2 + 2Pq + q2 = 1, และ p+q=1 หรอื p=1-q หรอื q=1-p ไปใชท้ำาอะไร? เรานำาไปใชใ้นการหา ความถ่ีของแอลลีลและความถ่ีของจโีนไทปข์องยนีพูลในประชากร หรอืนำาไปประยุกต์ใชใ้นการหาประชากรท่ีเป็นพาหะของโรคทางพนัธุกรรม เชน่โจทย ์ ในประชากรกลุ่มหนึ่งพบวา่ มปีระชากรหมูเ่ลือด

Rh- อยู ่16% เมื่อประชากรน้ีอยูใ่นภาวะสมดลุของฮารดี์-ไวน์เบริก์ จงคำานวณหาความถ่ีของแอลลีลในประชากร ? นักเรยีนลองคิดและลงมอืทำาทำาถกูไหมน้อ ลองตรวจดสู ิ

ให้นักเรยีนไปรบัใบกิจกรรมท่ี ๑๕ กับคณุครูบุษรากร เพื่อทำากิจกรรมต่อนะคะ

มคีำาถามน่าสนใจ? ฮารดี์และไวน์เบริก์ กล่าววา่ ความถ่ีของแอลลีลและความถ่ีจโีนไทปใ์นยนีพูลของประชากรจะคงท่ี ไมม่กีารเปล่ียนแปลง ไมว่า่จะถ่ายทอดพนัธุกรรมไปก่ีรุน่ก็ตาม หรอืไมเ่กิดววิฒันาการ เรยีกวา่ ประชากรอยูใ่นภาวะสมดลุของฮารดี์-ไวน์เบริก์โดยมเีง่ือนไขวา่ ประชากรนัน้ๆ จะต้อง

๑. มขีนาดใหญ่ ๒. ไมม่กีารถ่ายเทเคลื่อนยา้ยยนีระหวา่งกลุ่มประชากร ๓. ไมเ่กิดมวิเทชัน่ ๔. สมาชกิทกุตัวมโีอกาสผสมพนัธุไ์ด้เท่ากัน ๕. ไมเ่กิดการคัดเลือกโดยธรรมชาติ สิง่มีชวีติทกุตัวมโีอกาสอยูร่อดและประสบความสำาเรจ็ในการสบืพนัธุไ์ด้เท่าๆกัน

คำาถามคือ ในธรรมชาติเราสามารถควบคมุให้ประชากรอยูใ่น เงื่อนไขดังกล่าวได้หรอืไม ่?คำาตอบคือ ไม ่ ถ้าอยา่งนัน้ ผลจะเป็นอยา่งไร ?ความถ่ีแอลลีลของแระชากรก็สามารถเปล่ียนแปลงได้ ซึง่จะเป็นผลให้โครงสรา้งทางพนัธุกรรมของประชากรเปลี่ยนแปลง นัน่ก็คือ เกิดววิฒันาการคำาถาม มปีัจจยัใดบา้งที่ทำาให้เกิดการเปลี่ยนแปลงความถี่ของแอลลีลในประชากร?

ปัจจยัใดบา้งที่ทำาให้เกิดการเปลี่ยนแปลงความถี่ของแอลลีลในประชากร?

๑. การคัดเลือกโดยธรรมชาติ ๒. มวิเทชัน่ท่ีเกิดกับเซลล์สบืพนัธุ ์ และการเกิด CROSSING OVER ท่ีทำาให้เกิดการสลับท่ีกันของยนี เกิดการแปรผันทางพนัธุกรรม ๓. RANDOM GENETIC DRIFT ๔. การถ่ายเทเคลื่อนยา้ยยนี ๕. การเลือกคู่ผสมพนัธุ ์หรอืรูปแบบของการผสมพนัธุ์ให้นักเรยีนไปรบัใบกิจกรรมท่ี ๑๕ กับคณุครูบุษรากร เพื่อทำากิจกรรมเรื่องนี้