1. Генетическое разнообразие

Первичным, базовым уровнем организации жизни нашей планеты является геном, разнообразие генетических вариаций которого определяет естественное биологическое разнообразие.

Генетическое разнообразие проявляется в генотипической гетерозиготности, полиморфизме и других формах генотипической изменчивости, существование которых вызывается адаптационной необходимостью природных популяций приспосабливаться к конкретным условиям.

Как известно генетическое разнообразие определяется изменением последовательности четырех комплиментарных нуклеотидов (А-Г и Т-Ц) в нуклеиновых кислотах, составляющих генетический код любого организма. Количество генов у разных организмов неодинаково – от 1000 у бактерий, до 10000 у грибов, 100000 у высших растений и 500000 у высших животных. В целом же в мировой биоте предположительно насчитывается около миллиарда генов. Вместе с тем, потеря даже одного вида чревата утерей тысяч генов с еще неизвестными потенциальными свойствами.

Новые генетические вариации в естественных популяциях возникают в процессе генных и хромосомных мутаций, а у видов с половым размножением и рекомбинацией генов (у культурных растений и животных в т.ч. в процессе селекционного отбора). Количественно генетические вариации у любого вида могут быть оценены как числом возможных комбинаций различных форм от каждой генной последовательности, так и числом хромосом и некоторыми другими показателями.

К настоящему времени изучена лишь незначительная часть генетического материала, когда можно определенно сказать какие гены отвечают за отдельные генетические признаки организмов или определенные физиологические процессы и эволюционные изменения.

Вместе с тем, не все гены дают одинаковый вклад в формирование разнообразия. Так, гены определяющие важнейшее биогеохимические процессы обмена веществ, более консервативны и подвержены меньшим изменениям чем другие.

Изучение закономерностей распространения генотипов в популяциях начатое Пирсоном (1904), Г. Харди и В. Вайнбергом (1908) еще в первые годы XX столетия показало, что при наличии двух различных аллелей одного гена и действии свободного скрещивания, генотипы в популяциях распределяются в соответствии с формулой (a+b)2=a2+2ab+b2, что фенотипически проявляется как соотношение 3:1. Затем установлено, что при различии по трем аллелям генотип разделяется в соответствии с формулой (a+b+c)2.

Исходя из закона Харди-Вайнберга, наш соотечественник С.С. Четвериков доказал неизбежность генетической разнородности природных популяций, хотя некоторые мутации могут оставаться скрытыми. Для жизни популяций эта особенность имеет важное значение, поскольку:

- при изменении условий вид может сохраниться благодаря не только современным изменениям, но и благодаря «капиталу» генов доставшемуся от предков, которые и обеспечивают высокую устойчивость его приспособлений в постоянно изменяющихся условиях среды. В связи с этим организмы, обладающие удачными вариантами признаков, имеют большую вероятность выжить и оставить потомство (генетический гомеостаз - т.е. способность популяции поддерживать в равновесии свою генетическую структуру);

-при резких изменениях условий обитания даже от громадных популяций в живых могут остаться всего несколько особей, причем порой даже совершенно нетипичных для бывшей популяции. В связи с этим новая популяция генетически будет уже совершенно другой;

-благодаря мутациям, расщеплениям гетерозигот и миграции генов в популяциях могут проявляться резкие, скрытые, порой даже вредные мутации (т.н. «генетический груз»), которые будут вытесняться и элиминироваться в процессе естественного отбора. У человека, например, это приводит к возникновению больного потомства даже у совершенно здоровых родителей (до 35 летальных исходов на 1000 новорожденных).

Для описания различных ситуаций в популяционной генетике применяется несколько моделей. Наибольшей известностью среди них пользуются модели, предложенные С. Райтом – островная (с двумя вариантами) и изоляция расстоянием. Промежуточной является модель М. Кимуры (1953).

В любом случае эволюционный процесс напрямую зависит от генетического разнообразия популяций и условий, при которых изоляция и перекрестная коммуникация поддерживаются в соответствующем равновесии.