진화 과학 이론

유전 적 변이와 진화 속도

모집단에 존재하는 유전 적 변이가 많을수록 진화가 일어날 가능성이 커집니다. 가변적 인 유전자좌의 수가 증가하고 각 유전자좌의 대립 유전자의 수가 증가함에 따라 일부 대립 유전자가 대체물을 희생시키면서 빈도가 변할 가능성이 커진다. 영국의 유전 학자 RA 피셔는 개체군의 유전 적 변이량과 자연 선택에 의한 진화 적 변화율 사이의 직접적인 상관 관계를 수학적으로 보여 주었다. 이 시연은 그의 자연 선택에 대한 그의 기본 정리 (1930)에서 구체화됩니다.“언제든지 어떤 유기체의 체력 증가율은 그 당시 체력의 유전 적 변화와 같습니다.”

이 정리는 실험적으로 확인되었습니다. 한 연구는 호주 동부와 뉴기니에서 온 식초 파리 종인 Drosophila serrata의 다른 균주를 사용했습니다. 식초 파리의 진화는 별도의 "인구 케이지"에서 번식하고 인구가 여러 세대에 걸쳐 어떻게 변하는 지 알아 냄으로써 조사 할 수 있습니다. 실험 개체군이 설정되었으며 파리는 고립 된 소우주에서 살고 번식합니다. 단일 기니 인구는 뉴기니 또는 호주에서 수집 된 파리에서 확립되었습니다. 또한이 두 종류의 파리를 가로 지르는 혼합 집단이 구성되었다. 혼합 집단은 두 개의 다른 단일-변형 집단으로 시작 되었기 때문에 초기 유전자 변이가 더 컸다. 급속한 진화의 변화를 장려하기 위해, 파리는 음식과 우주에 대한 치열한 경쟁을 경험하도록 조작되었습니다. 실험 환경에 대한 적응은 모집단의 개인 수를 주기적으로 계산하여 측정되었다.

두 가지 결과는 공지가 필요합니다. 첫째, 혼합 된 집단은 실험이 끝났을 때 단일 변형 집단보다 더 많은 파리를 가졌다. 둘째, 더 관련성이 높은 파리의 수는 단일-균주 집단보다 혼합 집단에서 더 빠른 속도로 증가했다. 환경에 대한 진화론 적 적응은 두 유형의 집단에서 일어났다. 세대가 진행됨에 따라 둘 다 더 높은 숫자를 유지할 수있었습니다. 그러나 혼합 속도 그룹에서는 단일 변형 그룹보다 진화 속도가 더 빨랐습니다. 초기 유전자 변이량이 클수록 진화 속도가 빨라졌습니다.

유전자 변이 측정

진화에 대한 집단의 잠재력은 유전자 변이에 의해 결정되기 때문에, 진화론자들은 자연 집단에서 그러한 변이의 정도를 발견하는데 관심이있다. 식물과 동물의 종은 식물의 꽃 색깔과 성장 습관 또는 달팽이의 껍질 모양과 밴딩 패턴과 같이 모든 종류의 방식으로 이질적이라는 것이 명백합니다. 얼굴 특징, 모발 및 피부색, 키 및 체중에서 인간 사이의 차이가보다 쉽게 ​​발견되지만, 이러한 형태 학적 차이는 모든 유기체 그룹에 존재한다. 형태 학적 변이에 대한 한 가지 문제점은 유전 적 요인에 의한 양과 환경 적 영향으로 인해 발생할 수있는 양이 알려져 있지 않다는 것입니다.

동물 및 식물 육종가들은 실험에서 옥수수 (옥수수)의 단백질 함량 또는 젖소의 우유 생산량에서 원하는 속성이 우수한 개체 또는 종자를 선택합니다. 선택은 생성 후 생성이 반복됩니다. 개체군이 육종자가 선호하는 방향으로 변화하면, 원래의 주식이 선택된 형질에 대해 유전 적 변이를 가지고 있음이 분명해진다.

인공 선택의 결과는 인상적입니다. 옥수수에서 높은 오일 함량을 선택하면 76 세대에서 오일 함량이 5 % 미만에서 19 % 이상으로 증가한 반면, 낮은 오일 함량을 선택하면 1 % 미만으로 감소했습니다. 화이트 레그혼 닭 무리에서 계란 생산 증가를 위해 30 년 동안 선발 된 암탉의 평균 연간 생산량은 125.6에서 249.6 개의 알로 증가했습니다. 인공 선택은 개, 고양이 및 말 품종의 끝없는 품종을 생산했습니다. 음식과 섬유를 위해 재배 된 식물과 음식과 운송을 위해 사육 된 동물은 모두 오래되었거나 현대적인 인공 선택 제품입니다. 20 세기 후반부터 과학자들은 분자 생물학 기술을 사용하여 가정 식물과 동물을 포함한 다양한 유기체에서 원하는 형질에 대한 유전자를 수정하거나 도입했습니다. 이 분야는 유전 공학 또는 재조합 DNA 기술로 알려져 있습니다. 인공 선택에 의해 수십 세대 후에 과거에 달성 된 개선은 이제 분자 유전 기술에 의해 훨씬 더 효과적이고 신속하게 (단일 세대 내에서) 달성 될 수있다.

거의 모든 형질과 그것이 시도 된 모든 유기체에 대한 인공 선택의 성공은 유전 적 변이가 자연 인구 전체에 퍼져 있음을 시사합니다. 그러나 진화론자들은 한 걸음 더 나아가서 양적 추정치를 얻는 것을 좋아합니다. 1960 년대 이래로 분자 생물학의 발전과 함께 유전 학자들은 개체군이나 유기체 종의 유전 적 변이 정도를 측정하는 방법을 개발했다. 이 방법들은 본질적으로 유전자 샘플을 채취하고 얼마나 많은 변수가 있고 각각 얼마나 많은지를 알아내는 것으로 구성됩니다. 유전자 좌위의 가변성을 측정하는 한 가지 간단한 방법은 개체군에서 개체의 비율이 해당 유전자 좌에서 이형 접합 체인지 확인하는 것입니다. 이형 접합 개체에서, 하나는 어머니로부터, 다른 하나는 아버지로부터받은 형질에 대한 두 유전자가 상이하다. 따라서, 집단에서 이형 접합체의 비율은 유전자 풀에서 무작위로 취해진 2 개의 유전자가 상이 할 확률과 동일하다.

이종 접합성을 결정하는 기술은 수많은 종의 식물 및 동물을 조사하기 위해 사용되어왔다. 일반적으로 곤충과 다른 무척추 동물은 포유류와 다른 척추 동물보다 유 전적으로 더 다양하며, 교배 (상대적으로 관련이없는 균주와 교배)에 의해 자란 식물은자가 수분에 의해 자란 식물보다 더 많은 변이를 보입니다. 그러나 유전자 변이량은 어쨌든 놀랍습니다. 변이 수준이 다른 포유류와 거의 동일한 인간을 예로 들어보십시오. 단백질 수준에서의 인간 이형 접합성 값은 H = 0.067로 표시되는데, 이는 각 유전자좌의 두 유전자가 약간 다른 단백질을 암호화하기 때문에 개체가 그의 유전자의 6.7 %에서 이형 접합임을 의미한다. 인간 게놈에는 약 20,000-25,000 개의 유전자가 포함되어 있습니다. 이것은 사람이 30,000 × 0.067 = 2,010 유전자좌에서 이형 접합임을 의미합니다. 하나의 유전자좌에서 개별 이형 접합체 (Aa)는 각각의 대립 유전자 (A 및 a)를 갖는 2 개의 상이한 종류의 성 세포 또는 생식자를 생산할 수 있으며; 2 개의 유전자좌 (AaBb)에서의 개별 이형 접합체는 4 가지 종류의 게임물 (AB, Ab, aB 및 ab)을 생성 할 수 있으며; n 유전자좌에서의 개별 이형 접합체는 잠재적으로 2 ^{n 개의} 상이한 게임물을 생성 할 수있다. 따라서, 전형적인 인간 개인은 ^2,010 또는 대략 ¹⁰⁶⁰⁵ (1 다음에 605 0을 갖는), 상이한 종류의 게임 을 생성 할 가능성이있다. 이 숫자는 우주에서 추정되는 원자 수보다 훨씬 큽니다 (약 10 ⁸⁰⁾.

그러므로 인간에 의해 생산 된 모든 성세포는 다른 모든 성세포와 유 전적으로 다르기 때문에, 동일하거나 존재하지 않는 두 사람이 유 전적으로 동일 할 것 같지는 않다는 것이 분명합니다. 쌍둥이는 단일 수정 된 난자에서 발생합니다. 성적으로 번식하는 모든 유기체에도 같은 결론이 적용됩니다. 모든 개인은 다시는 반복되지 않는 독특한 유전자 구성을 나타냅니다. 자연 개체군에서이 유전자 변이의 거대한 저수지는 환경 적 제약과 유기체의 요구에 반응하여 진화하는 변화를위한 사실상 무한한 기회를 제공합니다.

유전자 변이의 기원: 돌연변이

인생은 약 35 억 년 전에 상대적으로 단순하고 매우 작은 원시 생물체의 형태로 시작되었습니다. 모든 생명체는이 낮은 시작에서 진화했습니다. 현재 크기, 모양 및 생활 방식은 물론 유전 정보가 포함 된 DNA 서열이 매우 다양한 2 백만 개가 넘는 알려진 종이 있습니다. 자연 인구 내에서 만연한 유전 적 변이와 종 간의 유전 적 차이는 무엇입니까? 기존 DNA 서열이 변화되고 새로운 서열이 종의 유전자 풀에 통합되는 진화 수단이 있어야합니다.

DNA의 뉴클레오티드 서열로 인코딩 된 정보는 원칙적으로 복제 동안 충실하게 재생되므로, 각각의 복제는 서로 동일하고 모 분자와 동일한 2 개의 DNA 분자를 생성한다. 그러나 유전은 완벽하게 보수적 인 과정이 아닙니다. 그렇지 않으면 진화가 일어날 수 없었습니다. 때때로 복제 중에 DNA 분자에서 "실수"또는 돌연변이가 발생하여 딸 세포가 모체 세포와 서열 또는 DNA 양이 상이 할 수 있습니다. 돌연변이는 유기체의 단일 세포에서 먼저 나타나지만, 첫 번째 세포에서 내려온 모든 세포로 전달됩니다. 돌연변이는 유전자 또는 점 돌연변이, 유전자 내 소수의 뉴클레오티드에만 영향을 미치는 돌연변이 및 염색체의 수를 변경하거나 염색체의 유전자 수 또는 배열을 변경하는 염색체 돌연변이의 두 가지 범주로 분류 할 수 있습니다.