Populacja to grupa osobników tego samego gatunku krzyżujących się ze sobą i zamieszkujących dany teren w jednym czasie. Osobniki w populacji wzajemnie na siebie oddziałują. Interakcje ekologiczne, rozrodcze i społeczne między osobnikami w jednej populacji są częstsze niż interakcje z osobnikami innych populacji tego samego gatunku. Populacja może być przedmiotem badań ekologiiekologiaekologii, genetykigenetykagenetyki i nauk o ewolucji.

Rozmnażanie płciowerozmnażanie płcioweRozmnażanie płciowe jest charakterystyczne dla większości organizmów na Ziemi. Z punktu widzenia genetyki prowadzi do powstawania nowych „opakowań dla nieśmiertelnych genów”. Dzięki przepływowi i wymianie genów między osobnikami – co dokonuje się właśnie drogą płciową – rosną szanse na przetrwanie i ewoluowanie populacji w sposób, który da lepsze przystosowanie do zmieniających się warunków środowiska.

ROnInm5OzGL2U

Zdjęcie przedstawia stado zebr na sawannie. Mają cztery nogi, długą szyję i długi pysk. Ich głowa i szyja wzdłuż kręgosłupa porośnięta grzywą, a sierść ma biało – czarny kolor. Sawanna pokryta jest w większości wyschniętymi trawami.

Rozmnażanie płciowe jest więc jednym ze skutecznych sposobów urozmaicania strumienia genowego populacji, a co za tym idzie – wzbogacania tworzywa ewolucyjnego. Im większa różnorodność osobników, tym lepiej dla populacji. Jeśli zajdzie potrzeba skorygowania dotychczasowego sposobu życia w wyniku zmiany środowiska (np. przystosowania się do bytowania w niższych temperaturach), w różnorodnej grupie jest większa szansa na znalezienie osobników o genach, które umożliwią populacji przetrwanie. Tym samym różnorodność genów ułatwia ustalenie nowej równowagi między populacją a zmienionym środowiskiem.

Poszczególne osobniki lisa rudego (Vulpes vulpes) mogą mieć wiele różnych odcieni umaszczenia wskutek zmian w materiale genetycznym.

R11svuSwAJ2O6

Na zdjęciu znajduje się jest lis rudy – niewielki ssak z rodziny psowatych. Ma on cztery nogi, pokryty rudą sierścią tułów oraz długi, puszysty ogon. Posiada wydłużony pysk - jego bok oraz dolna część ma kolor biały. Nad pyskiem znajduje się ciemny nos i jasne oczy oraz duże, spiczaste uszy.

RCBJQ9fluENA6

Fotografia przedstawia lisa srebrnego. Jest to niewielki ssak poruszający się na czterech nogach. Tułów oraz brzuch lisa ma kolor srebrzysty, a tyłu ciała ma czarny, puszysty, długi ogon. Głowa zwierzęcia jest srebrna, z kolei pyszczek oraz okolice uszu czarne. Uszy są dość duże i spiczaste, pysk podłużny; na nim widoczny jest nos i bursztynowe oczy.

RB5kR63AKoPlN

Na fotografii przedstawiony jest osobnik lisa rudego o białym umaszczeniu, które wynika z albinizmu. Lis jest przedstawiony w pozycji siedzącej. Ma cztery łapy a z tyłu ciała długi, puszysty biały ogon. Posiada wydłużony pyszczek z ciemnym nosem, parą ciemnych oczu i spiczastymi uszami. Całe ciało lisa jest pokryte białym futrem.

Jeżeli więc w populacji „krążą” geny, czyli są wymieniane między osobnikami, to możemy powiedzieć, że tworzą one pulę genową populacji. To po prostu suma genów wszystkich osobników wchodzących w skład populacji. Pamiętajmy, że na osobniki te ciągle działają środowisko zewnętrzne i czynniki wewnętrzne. Ich materiał genetyczny w kolejnych pokoleniach zmienia się w wyniku zarówno rozmnażania płciowego, jak i mutacji. Niektóre z nich wydadzą dużo potomstwa, a innym w ogóle nie będzie to dane, bo np. zginą przed osiągnięciem dojrzałości płciowej lub wyemigrują na inny teren. Pula genowa populacji podlega więc ciągłym zmianom. To właśnie te zmiany – a konkretnie zmiany częstości występowania poszczególnych alleliallelalleli – są podłożem ewolucji.

R3tn4icYzILN8

Schemat przedstawia pulę genową populacji w odniesieniu do jednego genu w postaci dwóch alleli. Na ilustracji znajduje się duży okrąg. W środku znajdują się trzy rodzaje figur geometrycznych – są pomieszane i układają się nieregularnie wewnątrz koła. W różowych kwadratach znajdują się dwie duże litery A, w zielonych sześciokątach dwie małe litery a, natomiast w fioletowej figurze z dwoma kątami prostymi na dole i półkolem w części górnej znajduje się duża i mała litera A.

Zmianom ewolucyjnym nie podlega tylko taka populacja, która znajduje się w stanie równowagi genetycznej, czyli częstość występowania w niej poszczególnych alleli jest stała. Aby tak się stało, konieczne jest spełnienie następujących warunków:

• Populacja składa się z dużej liczby osobników – jeśli jest ich niewiele, to może się zdarzyć, że przypadek losowy, np. śmierć osobnika, spowoduje utratę istotnej dla puli genowej części alleli.

• W populacji nie ma preferencji rozrodczych – wszystkie osobniki mają taką samą szansę na wydanie potomstwa, czyli na przekazanie mu swoich genów.

• Na populację nie działa dobór naturalnydobór naturalnydobór naturalny – żadne allele nie są przez niego preferowane ani eliminowane.

• W materiale genetycznym osobników nie zachodzą mutacje – nie powstają nowe allele, a dotychczasowy skład genów w populacji nie ulega zmianom.

• Nie występują migracje – nie ma emigracji (opuszczania terenu populacji) ani imigracji (przybywania nowych osobników na teren populacji), czyli nie następuje wymiana genów z osobnikami należącymi do innych populacji.

W powyższych warunkach populacja nie zmienia się przez wiele pokoleń, znajdując się w tzw. równowadze Hardy’ego–Weinberga.

Brak współcześnie żyjącej populacji, w przypadku której wszystkie te warunki byłyby spełnione, uważa się za dowód na nieustanne trwanie procesu ewolucji. Sir Godfrey Harold Hardy, angielski matematyk, oraz Wilhelm Robert Weinberg, niemiecki lekarz i genetyk, są autorami formuły matematycznej opisującej ilościowe zmiany w puli genowej populacji. Stworzyli ją równocześnie, lecz niezależnie od siebie, w 1908 roku, dlatego wzór ten nazywa się prawem Hardy’ego–Weinberga.

Allele dowolnego genu oznaczamy jako A (allel dominujący) i a (allel recesywny).
Jeżeli ze 100 proc. miejsc genowych (wszystkich miejsc tego genu w puli genowej populacji) allel A zajmuje na przykład 70 proc., to allel a zajmuje pozostałe 30 proc. Mówimy wtedy, że allel dominujący występuje w populacji z częstością 0,7 (częstość występowania allelu dominującego oznaczamy zazwyczaj literą p), a allel recesywny z częstością 0,3 (oznaczamy ją zwykle literą q), gdyż:

Skoro częstość występowania allelu dominującego to p, to częstość występowania AA (homozygoty dominującej) jest równa:

Częstość występowania heterozygot to prawdopodobieństwo zapłodnienia komórki jajowej A plemnikiem a zsumowane z prawdopodobieństwem sytuacji odwrotnej, czyli:

W populacji suma częstości wszystkich rodzajów genotypów musi wynosić 1, czyli:

Słownik