Čo je Hardy-Weinbergov princíp?

Hardyho-Weinbergove proporcie pre dve alely: horizontálna os ukazuje dve alelové frekvencie p a q a vertikálna os ukazuje očakávané genotypové frekvencie. Každý riadok zobrazuje jeden z troch možných genotypov.

Johnuniq/Wikimedia Commons/CC BY-SA

Godfrey Hardy (1877-1947), anglický matematik, a Wilhelm Weinberg (1862-1937), nemecký lekár, našli spôsob, ako spojiť genetickú pravdepodobnosť a evolúcie na začiatku 20. storočia. Hardy a Weinberg nezávisle pracovali na nájdení matematickej rovnice, ktorá by vysvetlila spojenie medzi genetickou rovnováhou a evolúciou v populácii druhov.

Weinberg bol v skutočnosti prvým z týchto dvoch mužov, ktorý v roku 1908 publikoval a prednášal o svojich myšlienkach genetickej rovnováhy. V januári toho istého roku predložil svoje zistenia Spoločnosti pre prírodnú históriu vlasti vo Württembersku v Nemecku. Hardyho práca bola publikovaná až šesť mesiacov po tom, ale dostalo sa mu všetkého uznania, pretože publikoval v angličtine, zatiaľ čo Weinbergova bola dostupná iba v nemčine. Trvalo 35 rokov, kým boli Weinbergove príspevky uznané. Dokonca aj dnes niektoré anglické texty odkazujú len na túto myšlienku ako na „Hardyho zákon“, pričom Weinbergovu prácu úplne ignorujú.

Hardy a Weinberg a mikroevolúcia

Charlesa DarwinaTeória evolúcie sa krátko dotkla priaznivých vlastností, ktoré sa prenášajú z rodičov na potomkov, ale skutočný mechanizmus na to bol chybný. Gregor Mendel publikoval svoje dielo až po Darwinovej smrti. Hardy aj Weinberg pochopili, že k prirodzenému výberu došlo v dôsledku malých zmien v génoch tohto druhu.

Ťažisko diel Hardyho a Weinberga sa sústredilo na veľmi malé zmeny na úrovni génov, či už v dôsledku náhody alebo iných okolností, ktoré zmenili genofondu obyvateľov. Frekvencia výskytu určitých alel sa v priebehu generácií menila. Táto zmena frekvencie alel bola hnacou silou evolúcie na molekulárnej úrovni alebo mikroevolúcie.

Keďže Hardy bol veľmi nadaný matematik, chcel nájsť rovnicu, ktorá by predpovedala frekvenciu alel v populáciách, aby mohol nájsť pravdepodobnosť evolúcie počas niekoľkých generácií. Weinberg tiež nezávisle pracoval k rovnakému riešeniu. Hardy-Weinbergova rovnovážna rovnica používala frekvenciu alely predpovedať genotypy a sledovať ich v priebehu generácií.

Hardyho Weinbergova rovnovážna rovnica

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

(p = frekvencia alebo percento dominantnej alely v desiatkovom formáte, q = frekvencia alebo percento recesívnej alely v desiatkovom formáte)

Pretože p je frekvencia všetkých dominantných alel ( A ), počíta sa to všetko homozygotný dominantní jedinci ( AA ) a polovicu heterozygotný jednotlivci ( A a). Podobne, keďže q je frekvencia všetkých recesívnych alel ( a ), počíta všetkých homozygotných recesívnych jedincov ( aa ) a polovica heterozygotných jedincov (A a ). Preto p^dvaznamená všetkých homozygotných dominantných jedincov, q^dvaznamená všetkých homozygotných recesívnych jedincov a 2pq sú všetci heterozygotní jedinci v populácii. Všetko je nastavené na 1, pretože všetci jednotlivci v populácii sa rovnajú 100 percentám. Táto rovnica dokáže presne určiť, či medzi generáciami nastal alebo nenastal vývoj a akým smerom sa populácia uberá.

Aby táto rovnica fungovala, predpokladá sa, že nie sú splnené všetky nasledujúce podmienky súčasne:

1. Mutácia na úrovni DNA sa nevyskytuje.
2. Prirodzený výber sa nevyskytuje.
3. Populácia je nekonečne veľká.
4. Všetci členovia populácie sú schopní množiť sa a množiť sa.
5. Všetky párenia sú úplne náhodné.
6. Všetci jedinci produkujú rovnaký počet potomkov.
7. Nedochádza k emigrácii ani imigrácii.

Vyššie uvedený zoznam popisuje príčiny evolúcie. Ak sú všetky tieto podmienky splnené súčasne, potom v populácii nedochádza k žiadnej evolúcii. Keďže Hardyho-Weinbergova rovnovážna rovnica sa používa na predpovedanie evolúcie, musí nastať mechanizmus evolúcie.