آموزش گفتار 2 فصل 4 زیست دوازدهم + تدریس ویدیویی

آموزش گفتار 2 فصل 4 زیست دوازدهم به‌صورت تست‌بیس، همراه با تدریس ویدیویی «دکتر الهه بنام» را، در این پست از رپیتیچ ببینید.

در گفتار قبلی علت جهش و انواع آن را در سطح ژن جانداران بررسی کردیم. حال این بحث پیش می‌آید که چگونه در یک جمعیت، این تغییرات پیش می‌آید. موضوع این گفتار، بررسی روند تغییر ژن در جمعیت‌ها است.

خب، اول از همه بریم که ویدیوی آموزشی این بخش رو ببینیم.

آموزش ویدیویی گفتار 2 فصل 4 زیست دوازدهم

در این قسمت، بخشی از «آموزش گفتار دوم فصل چهارم زیست دوازدهم» را به‌صورت ویدیویی می‌توانید ببینید. مدرس این قسمت، خانم دکتر الهه بنام، رتبه 37 کنکور تجربی هستند.

 

 

ابتدا با تغییر در گذر زمان آشنا می‌شویم. پس از آن، به بررسی خزانه ژن و تعادل در جمعیت می‌پردازیم. موضوع پایانی هم به تداوم گوناگونی در جمعیت‌ها اختصاص دارد.

تغییر در جمعیت‌ها؛ گفتار دوم فصل چهارم زیست دوازدهم

در نیمه قرن گدشته، پادزیست (آنتی‌بیوتیک) ها کشف شدند. انسان‌ها با این ابزار دفاعی، توانستند در برابر باکتری‌های بیماری‌زا از خود دفاع کنند. با این حال پس از مدتی مشخص شد که باکتری‌ها نسبت به پادزیست‌ها مقاوم شده‌اند. دانشمندان با گذر زمان، داروهای جدید طراحی می‌کنند تا بتوانند از پس باکتری‌های مضر بر بیایند. با این حال، روند مقاوم‌شدن باکتری‌ها، امری نگران‌کننده است. این مثال نشان می‌دهد که «موجودات زنده می‌توانند در گذر زمان تغییر کنند».

تغییر در گذر زمان

همه انسان‌ها ویژگی‌های مشترکی دارند که باعث می‌شود آنان را در گروهی به نام «انسان‌ها» قرار دهیم. با این حال در میان انسان‌ها، «تفاوت‌های فردی» هم وجود دارد که باعث شناخت آنها از یکدیگر می‌شود. تفاوت‌های فردی منحصر به انسان نیست. در میان افراد گونه‌های دیگر هم تفاوت‌های فردی مشاهده می‌شود.

تفاوت‌های فردی می‌توانند در پایداری گونه، موثر باشند.

فرض می‌کنیم که در نوعی از جانوران، افراد تحمل متفاوتی نسبت به سرما دارند؛ بعنی بعضی‌ها می‌توانند سرما را تحمل کنند. اگر سرمای شدیدی رخ دهد، آنان که سرما را تحمل می‌کنند شانس بیشتری برای زنده‌ماندن دارند. این افراد می‌توانند بیشتر از دیگران تولیدمثل و در نتیجه صفت تحمل سرما را بیش از گذشته، به نسل بعد منتقل کنند. در صورت ادامه‌دار‌بودن سرما، باز هم افراد مقاوم به آن، شانس بیشتری در تولیدمثل و انتقال صفات دارند. با این روند بعد از مدتی با جمعیت جدیدی روبرو می‌شویم. در جمعیت جدید، تعداد افرادی که سرما را تحمل می‌کنند در مقابسه با جمعیت اول، بیشتر است. با این حساب، می‌بینیم که تغییر در جمعیت رخ داده‌است.

انتخاب طبیعی

مثال ساده بالا نشان می‌دهد که برای تغییر، شرایطی لازم است. یکی از این شرایط، وجود تفاوت‌های فردی است. وقتی تفاوت فردی هست، این سوال پیش می‌آید که کدام تفاوت‌ها بهترند. در مثال بالا، آنها که سرما را تحمل می‌کردند در مقایسه با بقیه، شانس بیشتری برای زنده‌ماندن داشتند. اگر کمی دقت کنیم متوجه می‌شویم که این «بهتر» بودن، یک صفت همیشگی نیست. این شرایط محیط است که تعیین‌کننده صفات بهتر است.

اگر هوا به جای سرد‌شدن گرم میشد، آن‌گاه افراد دیگری شانس زنده‌ماندن داشتند. از این رو زیست‌شناسان به جای استفاده از «صفت بهتر»، از «صفت سازگارتر با محیط» استفاده می‌کنند.

به‌طور قطع این محیط است که تعیین می‌کند کدام صفات با فراوانی بیشتری به سنل بعد منتقل شوند. در این فرایند، افرادی که شانس بیشتری برای زنده‌ماندن و تولید مثل دارند، انتخاب می‌شوند. به این فرایند که افراد سازگارتر با محیط انتخاب می‌شوند، انتخاب طبیعی می‌گویند.

انتخاب طبیعی، دلیل مقاوم‌شدن باکتری‌ها نسبت به پادزیست‌ها است. در حضور آنتی‌بیوتیک، باکتری‌های غیرمقاوم از بین‌رفته و باکتری‌های مقاوم تکثیر می‌شوند. این باکتری‌ها به‌تدریج کل جمعیت را به خود اختصاص می‌دهند. در نتیجه، جمعیت از غیرمقاوم، به مقاوم تغییر می‌یابد.

وقتی از تفاوت‌های فردی سخن می‌گوییم در واقع، در حال بررسی جمعیتی از افراد هستیم و نه یک فرد. انتخاب طبیعی «جمعیت» را تغییر می‌دهد؛ نه فرد را.

جمعیت به افرادی گفته‌می‌شود که به یک گونه تعلق دارند و در یک زمان و مکان زندگی می‌کنند.

خزانه ژن

قبل از کشف مفاهیم پایه ژنتیک، زیست‌شناسان جمعیت را بر اساس صفات ظاهری توصیف می‌کردند. از این موارد می‌توان به گوناگونی رنگ بدن در یک جمعیت جانوری و یا رنگ گلبرگ در یک جمعیت گیاهی اشاره کرد.

با شناخت ژن‌ها این امکان فراهم شد که زیست‌شناسان، جمعیت را بر اساس ژن‌های آن توصیف کنند. مجموع همه دگره‌های موجود در همه جایگاه‌های ژنی افراد یک جمعیت را، خزانه ژن آن جمعیت می‌گویند.

تعادل در جمعیت؛ گفتار 2 فصل 4 زیست دوازدهم

در طی شرایطی، فراوانی نسبی دگره‌ها یا ژن‌نمودها از نسلی به نسل دیگر ثابت می‌ماند. در این صورت می‌گوییم که این جمعیت، در حال تعادل ژنی است. تا وقتی جمعیت در حال تعادل است، تغییر در آن، مورد انتظار نیست. اگر جمعیت از تعادل خارج شود، روند تغییر را در پیش گرفته‌است. در ادامه عواملی را که باعث برهم‌خوردن تعادل می‌شوند را بررسی می‌کنیم.

نقش جهش در تعادل

یک باکتری را در نظر بگیرید که هر 20 دقیقه تقسیم می‌شود. اگر جهش رخ دهد، آن‌گاه دگره‌های جدیدی به وجود می‌آیند که باعث تغییر در فراوانی نسبی دگره‌ها می‌شود.

جهش، با افزودن دگره‌های جدید، خزانه ژن را غنی‌تر می‌کند و گوناگونی را افزایش می‌دهد. بسیاری از جهش‌ها تاثیر فوری بر رخ‌نمود ندارند و ممکن است تشخیص داده‌نشوند. با تغییر شرایط محیط ممکن است دگره جدید، سازگارتر از دگره یا دگره‌های قبلی عمل کند.

رانش دگره‌ای

فرض کنید گله‌ای شامل 100 گوسفند، در حال عبور از ارتفاعات است. حین عبور، تعدادی گوسفند به پایین سقوط می‌کنند و می‌میرند. اگر این گوسفندان زاده‌ای نداشته‌باشند، شانس انتقال ژن‌های خود به نسل بعد را از دست داده‌اند. به فرایندی که باعث تغییر فراوانی دگره‌ای بر اثر رویدادهای تصادفی می‌شود، رانش دگره‌ای می‌گویند. رانش دگره‌ای اگرچه فراوانی دگره‌ها را تغییر می‌دهد، اما بر خلاف انتخاب طبیعی به سازش نمی‌انجامد.

گاهی در حوادثی نظیر سیل، زلزله، آتش‌سوزی و نظایر آن، تعداد آنهایی که می‌میرند ممکن است بیش از آنهایی باشند که زنده می‌مانند. با این حساب فقط بخشی از دگره‌های جمعیت بزرگ اولیه، به جمعیت کوچک باقی‌مانده خواهد رسید. جمعیت آینده از همین دگره‌های برجای‌مانده تشکیل خواهند شد. در این صورت نیز فراوانی دگره‌ها تغییر می‌کند اما این تغییر در فراوانی، ارتباطی با سازگاری آنها با محیط و انتخاب طبیعی ندارد.

هرچه اندازه یک جمعیت کوچک‌تر باشد، رانش دگره‌ای اثر بیشتری دارد. ار این رو برای آنکه جمعیتی در تعادل باشد، باید اندازه بزرگی داشته‌باشد. منظور از اندازه جمعیت، تعداد افراد آن است.

شارش ژن

وقتی افرادی از یک جمعیت به جمعیت دیگری مهاجرت می‌کنند، در واقع تعدادی از دگره‌های جمعیت مبدا را به جمعیت مقصد وارد می‌کنند. این کار باعث تغییر در فراوانی نسبی دگره‌های هر دو جمعیت می‌شود. به این پدیده، شارش ژن می‌گویند.

اگر بین دو جمعیت شارش ژن به طور پیوسته‌ و دو سویه ادامه یابد، سرانجام خزانه ژن دو جمعیت به هم شبیه می‌شود.

آمیزش غیرتصادفی

برای آنکه جمعیتی در حال تعادل باشد، لازم است آمیزش‌ها در آن تصادفی باشند. آمیزش تصادفی آمیزشی است که در آن احتمال آمیزش هر فرد با افراد جنس دیگر در آن جمعیت یکسان باشد. اگر آمیزش‌ها به رخ‌نمود یا ژن‌نمود بستگی داشته‌باشد، دیگر تصادفی نیست و فراوانی نسبی ژن‌نمودها را تغییر می‌دهد.

جانوران جفت خود را بر اساس ویژگی‌های ظاهری و رفتاری، «انتخاب» می‌کنند.

نقش انتخاب طبیعی در تعادل جمعیت

انتخاب طبیعی فراوانی دگره‌ها را در خزانه ژنی تغییر می‌دهد. انتخاب طبیعی افراد سازگارتر با محیط را بر‌می‌گزیند و از فراوانی دیگر افراد می‌کاهد. با این حساب، خزانه ژن نسل آینده دستخوش تغییر می‌شود. نمونه بارز این فرایند، باکتری‌هایی هستند که در ابتدای گفتار 2 فصل 4 زیست دوازدهم به آنها اشاره کردیم. این باکتری‌ها در نتیجه انتخاب طبیعی، نسبت به تغییر شرایط (حضور پادزیست‌ها) سازش پیدا می‌کنند.

تداوم گوناگونی در جمعیت‌ها

نتیجه انتخاب طبیعی، سازگاری بیشتر جمعیت با محیط است. با انتخاب‌شدن افراد سازگارتر، تفاوت‌های فردی و در نتیجه گوناگونی کاهش می‌یابد. از سوی دیگر گوناگونی در میان افراد یک جمعیت، توانایی بقای جمعیت را در شرایط محیطی جدید بالا می‌برد. با این حساب به سازوکارهایی نیاز است که با وجود انتخاب طبیعی، گوناگونی تداوم داشته‌باشد. در ادامه به بررسی این سازوکارها می‌پردازیم.

گوناگونی دگره‌ای در گامت‌ها

در تولیدمثل جنسی هر والد از طریق گامت‌هایی که می‌سازد، نیمی از فام‌تن‌های خود را به نسل بعد منتقل می‌کند. این‌که هر گامت کدام‌یک از فام‌تن‌ها را منتقل می‌کند، به آرایش چهارتایه‌ها (تترادها) در کاستمان 1 بستگی دارد. در متافاز کاستمان 1، فام‌تن‌ها با آرایش‌های مختلفی ممکن است در سطح میانی یاخته قرار گیرند که به ایجاد گامت‌های مختلف می‌انجامد.

نوترکیبی

در کاستمان 1، هنگام جفت‌شدن فام‌تن‌های همتا و ایجاد چهارتایه، ممکن است قطعه‌ای از فام‌تن بین فامینک‌های غیرخواهری مبادله شود. این پدیده را چلیپایی‌شدن (کراسینگ‌اور) می‌گویند.

اگر قطعات مبادله‌شده حاوی دگره‌های متفاوتی باشند، ترکیب جدیدی از دگره‌ها در این دو فامینک به‌وجود می‌آید. به این فامینک‌ها که دارای ترکیب جدید هستند، فامینک‌های نوترکیب می‌گویند. از میان گامت‌ها، آنهایی که فامینک‌های نوترکیب را دریافت می‌کنند، گامت نوترکیب نام دارند.

اهمیت ناخالص‌ها

اهمیت ناخالص‌ها در تداوم گوناگونی را می‌توان با بیماری کم‌خونی ناشی از گویچه‌های قرمز داسی شکل نشان داد. افراد مبتلا به این بیماری، ژن‌نمود Hb^sHb^s دارند و در سنین پایین معمولا می‌میرند. ژن‌نمود ناخالص‌ها، Hb^AHb^s است و وضع بهتری دارند. گویچه‌های قرمز آنها فقط هنگامی داسی‌شکل می‌شوند که مقدار اکسیژن محیط کم باشد.

فراوانی دگره Hb^S در مناطقی که مالاریا شایع است، بسیار بیشتر از سایر مناطق است. یبماری مالاریا به‌وسیله نوعی انگل تک یاخته‌ای ایجاد می‌شود. این انگل بخشی از چرخه زندگی خود را در گویچه‌های قرمز می‌گذراند. افرادی که گویچه سالم Hb^AHb^A دارند، در معرض خطر ابتلا به مالاریا قرار دارند. این انگل نمی‌تواند در افراد Hb^AHb^S سبب بیماری شود. با این حساب، این افراد در برابر مالاریا مقاوم‌اند. می‌توان گفت که وجود دگره Hb^S در این منطقه، باعث بقای جمعیت می‌شود. با این حال، این دگره در سایر مناطق دگره مناسبی نیست. این مثال، مثال خوبی است که نشان می‌دهد شرایط محیط، تعیین‌کننده صفتی است که حفظ می‌شود.