влияние экологических факторов на человеческие популяции. реферат. Реферат студентки 109 группы Лечебного факультета Афанасьевой Н. В. Научный старший преподаватель
 Скачать 42.61 Kb.
|
|
ФГБОУ ВО ПГМУ им. академика Е.А. Вагнера Министерства здравоохранения РФ Кафедра биологии, экологии и генетики «Влияние факторов эволюции на человеческие популяции» Реферат студентки 109 группы Лечебного факультета Афанасьевой Н.В. Научный руководитель: старший преподаватель Шавшукова О. А. Пермь 2021 Содержание ОглавлениеСодержание 2 Введение 2 Глава 1. Влияние каждого фактора эволюции в отдельности на человеческие популяции 3 Глава 2. Генетический груз, его медицинское значение 5 Глава 3. Современные человеческие популяции, их характеристика 8 Глава 4. Влияние естественного отбора на человеческие популяции 10 Заключение 12 Список литературы 13 Введение На современном этапе развития мира, Земли, природы Человек разумный - вершина эволюции. Известно, что человек достиг таких выдающихся “эволюционных успехов” благодаря биологическим (естественный отбор, мутационный процесс и другие) и социальным (развитие речи, мышления, труд) факторам эволюции. Однако стоит задумываться о дальнейшей эволюции человека как биологического вида. Нужно отметить, что этот вопрос актуален не только как важная часть эволюционного учения, но и как прогнозирование ближайшего будущего человечества. Знания о миграциях, изоляциях, популяционных волнах помогают составлять представление о будущей численности человеческих популяций, возможных браках, разнообразии генофонда следующих поколений. Кроме того, информация о влиянии данных факторов эволюции может дать понимание о наличии мутаций и соответственно заболеваний в будущих поколениях людей. Исследования такого рода необходимы в первую очередь врачам для подготовки средств профилактики осложнений, симптоматической терапии наследственных заболеваний. Также с помощью этих знаний можно выявить не только вероятность появление летальных или полулетальных мутаций, но и вероятность распространения полезных признаков (например, устойчивость к различным заболеваниям), их появление на новых территориях. Целью исследования является изучить влияние факторов эволюции на современные человеческие популяции. Цель предполагает решение следующих задач: Установить действие каждого эволюционного фактора на человеческие популяции. Рассмотреть явление генетического груза, выявить его медицинское значение. Охарактеризовать несколько современных человеческих популяций. Проанализировать влияние естественного отбора на гетерозиготность, наличие мутаций, устойчивость популяции в меняющихся условиях среды. Предмет исследования: влияние эволюционных факторов на человеческие популяции. Объект исследования: эволюция Человека разумного как биологического вида. Глава 1. Влияние каждого фактора эволюции в отдельности на человеческие популяции1 В соответствие с современной теорией эволюции выделяют следующие факторы эволюции: мутационный процесс, естественный отбор (как следствие борьбы за существование), изоляция, популяционные волны, дрейф генов, миграции. Действие изоляции: На ранних этапах развития человечества основными изолирующими барьерами выступали естественные географические преграды, в особенности океаны, моря и горы. В настоящее время, разумеется, влияние географической популяции стремится к нулю. Можно утверждать, что географическая изоляция сменилась на “социальную”: религия, обычаи, язык, социальный статус. Однако значение данного вида изоляции с каждым годом так же понижается. Действие миграций: В последнее столетие количество миграций в человеческих популяциях возросло. Это связано с объективными причинами: развитие транспорта, международная интеграция. Соответственно, с возрастанием количества миграций повышается число смешанных браков. Это ведет к изменению генофонда популяции, “притока” новых генов. С одной стороны, благодаря мутациям возрастает гетерозиготность популяции, снижается гомозиготность, стремится к нулю число близкородственных браков. С другой стороны, миграции могут способствовать появлению в популяции новых мутантных генов. Следовательно, можно сделать вывод, что роль миграций неоднозначна, но всё-таки преобладает положительный эффект данного процесса. Действие популяционных волн: В первую группу факторов популяционных волн человеческих популяций входят естественные причины, характерные для любых популяций живой природы: эпидемии (чума, брюшной тиф, холера, коронавирус), голод, природные катастрофы (наводнения, пожары, землетрясения), увеличение количества паразитов (бычий и свиной цепни, человеческая аскарида). Но есть и вторая группа факторов, характерная исключительно для человеческих популяций, к ним относятся войны, революции. Человечество в силу своего прогрессивного развития умеет плодотворно бороться с естественными причинами эволюционных волн: лечить заболевания и заниматься их профилактикой, предсказывать природные катастрофы, справляться с голодом. Хотя в отдельные исторические периоды численность человеческих популяций сильно сокращалась из-за негативных человеческих действий, направленных на других людей. В целом можно утверждать, что в последнее столетие численность человеческих популяций постепенно постоянно растет, за исключением отдельных военных столкновений, мировой войны и эпидемии коронавируса. Действие дрейфа генов: Поскольку сейчас количество популяций людей с небольшой численностью заметно падает, влияние дрейфа гена на большинство популяций отсутствует. Хотя, безусловно, на малые человеческие популяции он оказывает значительное влияние. В малочисленных популяциях людей часто распространяются редкие аллели, может наблюдаться “эффект родоначальника”. Он возникает, когда несколько семей отделяются от родительской популяции и начинают жить на новой территории, поддерживая высокий уровень брачной изоляции. Это способствует закреплению в её генофонде одних аллелей и утрате других, в результате чего частота редких аллелей значительно повышается. Например, члены секты амишей в округе Ланкастер штата Пенсильвания берут своё начало от трёх супружеских пар, которые иммигрировали в Америку в 1770 году. К середине 19 века численность членов насчитывала примерно 8000. В этой популяции было выявлено 55 случаев особой формы карликовости с многопалостью, которая наследуется по аутосомно-рецессивному типу. В других популяциях данной секты такой патологии не зарегистрировано. Очевидно, среди членов первых трёх семей был носитель соответствующего аллеля - “родоначальник” соответствующего фенотипа. В медицинской литературе зарегистрированы другие подобные случаи. Действие мутационного процесса: С каждым десятилетием количество мутаций в генофонде человеческих популяций увеличивается, это связано с появлением большого количества мутагенов. Основная причина возрастания факторов, вызывающих мутации, является экологическая ситуация: большое количество химических, радиоактивных загрязнений. Действие естественного отбора будет рассмотрено в Главе 4. Вывод: увеличение количества миграций, появление новых мутаций, снижение изоляции, популяционные волны приводят к увеличению разнообразия генофонда популяций, то есть полиморфизму. Стоит отметить, что в данной главе действие факторов эволюции описано обособленно, на практике они действуют совместно, усиливают или понижают эффект друг друга. Глава 2. Генетический груз, его медицинское значение2 Полиморфизм – наличие в популяции нескольких генетических форм (генотипов) в состоянии длительного равновесия в концентрации, превышающей по наиболее редкой форме 1%. Полиморфизм создается мутациями и комбинативной изменчивостью. При увеличении полимофризма возрастает количество вариантов признаков в популяции. Если говорить о человеческих популяциях, то генетическое разнообразие в них достигает максимальных масштабов. Люди имеют различные варианты цвета волос, глаз, кожи; форм носа, рта, ногтей, ушной раковины. Если исходить из того, что каждый признак — это продукт отдельных белков, то можно сделать вывод о существовании огромного количество вариантов аминокислотных последовательностей. Соответственно, в генофонде человеческих популяций существует бесконечное число аллелей. Однако стоит отметить, что наследственное разнообразие часто снижает приспособленность популяций, что и провоцирует явление генетического груза. С практической точки зрения генетический груз можно охарактеризовать как накопление в популяции летальных и сублетальных мутаций, вызывающих при переходе в гомозиготное состояние значительное снижение жизнеспособности особей или их гибель. По Д. Ф. Кроу3, генетический груз - величина, показывающая, насколько средняя приспособленность популяции ниже оптимальной. Для численного определения генетического груза (А) используется формула:  ,где V – оптимальная приспособленность, W' – средняя приспособленность. Средняя приспособленность (W') рассчитывается по формуле:  ,где I – аллель, p – частота встречаемости, w – приспособленность. Отрицательное влияние генетического груза можно оценить, введя понятие “летальных эквивалентов”. Считают, что их число у отдельных людей колеблется от 3 до 8. Это значит, что то значительное количество неблагоприятных аллелей, которое есть в генотипе каждого человека, оказывает суммарное вредное действие, эквивалентное действию 3-8 рецессивных аллелей, приводящих в гомозиготном состоянии к смерти индивидуума до наступления репродуктивного возраста. Половина зигот, вследствие наличия неблагоприятных аллелей и их сочетаний, образующихся в каждом поколении, в биологическом плане не состоятельна, то есть не участвует в передаче генов следующему поколению. Около 15% организмов гибнут до рождения, 3% - при рождении, 2% - непосредственно после рождения, 3% людей умирает, не достигнув половой зрелости, 20% не вступает в брак и 10% браков бездетны. Вывод: явление генетического груза имеет медицинское значение, выражающееся в прогнозировании количества особей с заболеваниями, вызванными мутациями, а также в прогнозировании общей численности человеческих популяций. Данная информация полезна для врачей с одной стороны для того, чтобы подготовить методы профилактики осложнений, симптоматической терапии распространенных генетических заболеваний, с другой стороны – чтобы понимать природу возникновения и распространения генетических заболеваний, по возможности предотвращать их увеличение. Глава 3. Современные человеческие популяции, их характеристика4 По определению Н. В. Тимофеева-Ресовского5, популяция - группа особей определенного вида, которая: 1. в течение достаточно длительного времени населяет конкретный ареал; 2. в той или иной степени случайно скрещивается в его пределах; 3. не имеет внутри себя заметных изоляционных барьеров, отделена от других популяций данного вида какой-либо формой изоляции. В антропогенетике популяцией называют группу людей, проживающих на определенной территории, представители которой могут свободно вступать в брак. Очевидно, что люди, как правило, живут не изолированно друг от друга, то есть проследить границы популяций достаточно сложно. По численности популяции можно разделить на крупные (более 4000 человек) и малые – демы (1500-4000 человек) и изоляты (менее 1500 человек). В крупных популяциях распределение частот аллелей и генотипов подчиняется закону Харди-Вайнберга6. В качестве примера крупных популяций будут рассмотрены населения различных стран. Существует определенный порядок характеристики популяций. Основными критериями популяций являются численность, плотность, биомасса, прирост популяции. Также необходимо рассматривать возрастную, половую и пространственную структуры. К сожалению, посчитать биомассу популяции людей не представляется возможным. Население Малайзии: Ареал популяции составляет территория Малайзии, расположенной в Юго-Восточной Азии (Малайский полуостров, остров Борнео), население распределено по территории неравномерно. Численность популяции равна 33 090 998 человек. Плотность высокая, составляет 100,4 чел/км2. Количество рожденных в Малайзии в среднем за год составляет 543 166 человека, умерших – 155 328 человек. Соответственно, прирост населения (без учета миграций) достигает 387 838 человек за год. Миграционный прирост в сравнении с естественным незначителен. Половая структура показывает преобладание числа мужского населения над числом женского. В среднем на одну женщину приходится 1,03 мужчины. Что касается возрастной структуры, преобладает население до 40 лет, число людей старше 64 лет составляет менее 5%, средний возраст – 27 лет. Население Италии: Территорией обитания популяции является Южная Европа (Апеннинский полуостров, остров Сицилия), население распространено неравномерно. Общее число жителей Италии –60 587 310 человек. Плотность высокая, составляет 201,1 чел/км2. В 2019 количество новорожденных составило 417 614 человек, умерших – 634 432. Естественный прирост населения отсутствует, наблюдается сокращение численности населения, влияние которой «сглаживает» миграционный прирост. В среднем на 1 женщину приходится 0,96 мужчины, то есть число женского населения незначительно преобладает. Число детей до 15 лет составляет менее 15%, число пожилых людей – более 20%, средний возраст – 46 лет. Население Канады: Ареал популяции является территория Канады, расположена в Северной Америке (в том числе территория Канадского Арктического архипелага), население распространено неравномерно. Численность составляет 38 319 550 человек. Плотность очень низкая, равна 3,8 чел/км2. В 2018 году количество родившихся достигло 386 806, умерших – 283 720. Естественный прирост равен 103 086 человек, также огромное значение имеет миграционный прирост населения, который практически в два раза превышает естественный. Соотношение числа мужчин и женщин составляет 1:1. Число детей до 15 лет и число пожилых людей (до 65 лет) в отдельности достигает чуть более 15% от общей численности, средний возраст равен 40,5 года. Вывод: каждая человеческая популяция уникальна. Разнообразие достигается как по возрастной структуре, так и по динамике численности населения. Основными причинами высокого показателя естественного прироста являются особенности менталитета и религия, миграционный прирост населения. В некоторых человеческих популяциях наблюдается преобладание численности мужчин над женщинами. На возрастной состав населения оказывают влияние показатели рождаемости и смертности, условия жизни, развитие медицины. Глава 4. Влияние естественного отбора на человеческие популяции7 Влияние естественного отбора на гетерозиготность: Отрицательное влияние естественного отбора на гетерозигот можно проанализировать на примере резус-конфликта. Если мать резус-отрицательна (dd), а отец резус-положителен (DD или Dd), то ребенок с высокой долей вероятности будет резус-положителен и будет иметь генотип (Dd), то есть являться гетерозиготой. Если эта будет вторая беременность матери резус-положительным ребенком, то может случиться резус-конфликт: организм матери будет выделять антитела на чужеродный белок (антирезус-антитела), что может привести к выкидышу. Также высока вероятность рождения ребенка с тяжелой формой анемии. К счастью, в современных условиях резус-конфликт предотвратим. Примером естественного отбора, направленного против гомозигот, является ситуация с формами гемоглобина. Существует две формы гемоглобина: Hb A и Hb S, Hb S – мутантный аллель. Возможны три генотипа: А/A, A/S, S/S (серповидно-клеточная анемия). Однако генотип A/S обеспечивает устойчивость к формам тропической анемии, в результате чего выживаемость особей с данным генотипом повышается, отбор действует против гомозигот. Такое действие естественного отбора поддерживает полиморфизм. Действие естественного отбора на наличие мутаций: Как правило, на человеческие популяции действует стабилизирующая форма естественного отбора. Об этом свидетельствуют высокая перинатальная смертность среди недоношенных и переношенных новорожденных. То есть, как правило, естественный отбор действует на мутации отрицательно. Влияние естественного отбора на устойчивость популяции в меняющихся условиях среды обитания: Факторы отборы, действие которых создавало современную картину распределения аллелей в популяциях людей, для подавляющего большинства локусов точно не установлены, однако примеры указывают на их экологическую природу. Наследственный полиморфизм способствовал расселению людей, обуславливая удовлетворительную жизнеспособность в разных экологических ситуациях. Определенный вклад в наблюдаемое распределение аллелей внесли массовые миграции населения и сопутствующая им метисация. В целом естественный отбор сохраняет полиморфизм именно как опору для выживания человечества в изменяющихся условиях среды. Вывод: Естественный отбор по-разному влияет на гетеро- и гомозиготность. Естественный отбор действует на человеческие популяции в форме стабилизирующего отбора, но при этом сохраняет полиморфизм. Полиморфизм является основой для выживания человечества в изменяющихся условиях среды. Заключение В данной работе были рассмотрены вопросы, связанные с влиянием факторов эволюции на человеческие популяции. Цель исследования достигнута. На человеческие популяции оказывают влияние все факторы эволюции, в том числе естественный отбор, преимущественно в стабилизирующей форме. Популяции людей постоянно взаимодействуют друг с другом, люди мигрируют, обмениваются своими аллелями генов с представителями других популяций, в результате чего генофонд популяций изменяется. Структура человеческой популяции соответствует структуре любой другой природной популяции. Характеристика популяций человека составляется по тем же параметрам, что и других популяций животных. Стоит отметить, что человеческие популяции многообразны, уникальны по своему ареалу, структуре, численности. Факторы эволюции действуют на них совместно, в основном, поддерживая уже сложившийся генофонд, но при этом с сохранением и преумножением полиморфизма. Это связано с тем, что человеческие популяции, как правило, обитают в постоянных условиях среды. Но полиморфизм сохраняется как основа для дальнейшего развития, если условия будут изменяться. Такое влияние эволюционных факторов ещё раз подтверждает, что человек является частью природы и все законы эволюции и экологии действуют на него схожим образом (в сравнении действия на другие биологические виды). Знания о действии факторов эволюции на популяции человека имеют огромное значение для медицины. Они позволяют прогнозировать распространенность различных признаков, появление наследственных заболеваний. Это необходимо для подготовки медицинского персонала к профилактике осложнений, симптоматической терапии, консультирования в вопросах наследственности потомства. Список литературы Богоявленский Ю. К., Улисов Т. Н., Яровая И. М., Ярыгин В. Н. Биология. – М.: Медицина, 1984. – 560 с. Влияние мутационного процесса, миграции, изоляции, популяционных волн на генетическую конституцию людей»: Stud files [Электронный ресурс]. – URL: https://studfile.net/preview/5792260/page:13/ (дата обращения: 10.11.2021). Генетический груз»: Википедия [Электронный ресурс]. – URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Генетический_груз(дата обращения: 10.11.2021). Генетический полиморфизм. Геномика персонализированной медицины»: MedUniver.com [Электронный ресурс]. – URL: https://meduniver.com/Medical/genetika/geneticheskii_polimorfizm.html (дата обращения: 18.11.2021). Население Италии»: Countrymeters[Электронный ресурс]. – URL: https://countrymeters.info/ru/Italy (дата обращения: 10.11.2021). Население Италии»: Википедия [Электронный ресурс]. – URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Население_Италии Население Канада»: Countrymeters [Электронный ресурс]. – URL: https://countrymeters.info/ru/Canada (датат обращения: 10.11.2021). Население Канады»: Википедия [Электронный ресурс]. – URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Население_Канады (датат обращения: 18.11.2021). Население Малайзии»: Countrymeters [Электронный ресурс]. – URL: https://countrymeters.info/ru/Malaysia (датат обращения: 18.11.2021). Население Малайзии»: Википедия [Электронный ресурс]. – URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Население_Малайзии (дата обращения: 18.11.2021). Популяционная структура человечества. Демографические и генетические характеристики популяции людей. Демы, изоляты»: Stud files [Электронный ресурс]. – URL: https://studfile.net/preview/5792260/page:12/ (датат обращения: 18.11.2021). 2 Глава написана на основании источников, указанных в списке литературы. 3 Джеймс Франклин Кроу – американский генетик, работавший в области популяционной генетики. 4 Глава написана на основании источников, указанных в списке литературы. 5 Николай Владимирович Тимофеев-Ресовский – советский генетик, занимавшийся проблемами популяционной генетики и макроэволюции. 6 Закон, который гласит, что в «идеальной» популяции частота генотипов по какому-либо гену будет постоянной из поколения в поколение. 7 Глава написана на основании источников, указанных в списке литературы. |