ปัจจัยที่ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงความถี่ของแอลลีล

            ปัจจัยที่ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงความถี่ของแอลลีล

 คำถามนำ

มีปัจจัยใดบ้างที่ทำให้ประชากรเกิดวิวัฒนาการขึ้น

 

รู้หรือเปล่า

   การเปลี่ยนแปลงที่ก่อให้เกิดวิวัฒนาการในระดับที่เหนือกว่าสปีชีส์ และทำให้เกิดสิงมีชีวิตสปีชีส์ใหม่ เรียกว่า วิวัฒนาการะดับมหาภาค (macroevolution)

 

               ในภาวะสมดุลของฮาร์ดี-ไวน์เบิร์กนั้น ความถี่ของแอลลีลในประชากรแต่ละรุ่นจะไม่มีการเปลี่ยนแปลง แต่ถ้าการเปลี่ยนแปลงความถี่ของแอลลีลในประชากรจะทำให้โครงสร้างทางพันธุกรรมของประชากรมีการเปลี่ยนแปลงน้อยจนไม่สามรถสังเกตเห็นได้ นั่นคือประชากรเกิดวิวัฒนาการขึ้น และการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างทางพันธุกรรมของยีนพูลในประชากรทีละเล็กทีละน้อยนี้เรียกว่า  วิวัฒนาการระดับจุลภาค(macroevolution) ซึ่งถึงได้ว่าเป็นการเกิดวิวัฒนาการในระดับสปีชิส์ของสิ่งมีชีวิต

                จกากล่าวมาแล้วว่าปัจจัยที่ทำให้ความถี่ของแอลลีลในประชากรเปลี่ยนแปลงละเกิดวิวัฒนาการ ได้แก่แรนดอมจีเนติกดริฟท์การคัดเลือกโดยธรรมชาติ การถ่ายเทเคลื่อนย้ายยีน มิวเทชัน และการเลือกคู่ผสมพันธุ์  ปัจจัยต่างๆเหล่านี้ทำให้ประชากรเกิดวิวัฒนาการได้อย่างไร

                   1.แรนดอมจีเนติกดริฟท์

                    มีผู้ศึกษาประชากรไม้ดอกชนิดหนึ่งมีทั้งดอกสีแดงและดอกสีขาวจำนาน 10 ต้น ดังภาพที่ 19-7 ก. ต่อมาได้สุ่มประชาหรไม้ดอกจำนวน 5 ต้นย้ายมาปลูกในแปลงใหม่และได้แพร่พันธุ์เป็นประชากรไม้ดอกรุ่นที่ 2 ดังภาพที่19-17 ข. จากนั้นได้สุ่มประชากรไม้ดอกจำนวน 2 ต้นย้ายมาปลูกในแปลงใหม่อีกและได้แพร่พันธุ์เป็นประชากรไม้ดอกในรุ่นที่ 3 ดังภาพที่ 19-7 ค.

 

ภาพที่ 19-7 การเกิดแรนดอมจีเนติกดริฟท์ในประชากรไม้ดอก

            - นักเรียนคิดว่าความถี่ของแอลลีล Rและr ในประชากรรุ่นที่ 3เปลี่ยนในจากในรุ่นที่ 1 หรือไม่อย่างไร

            - จากภาพที่ 19-7 นี้นักเรียนจะสรุปได้อย่างไร

            - นักเรียนว่าที่แอลลีลบางแอลลีลที่หายไปจากยีนพูลจะมีผลต่อประชากรนั้นอย่างไร

 

              จากภาพที่ 19-7 จะเห็นว่ามีการเปลี่ยนแปลงความถี่ของแอลลีลที่เกิดขึ้นโดยบังเอิญเช่น จากภัยทางธรรมชาติหรือการเปลี่ยนแปลงสภาพแวดล้อมอย่างกะทันหันไม่ได้เกิดจากการคัดเลือกโดยธรรมชาติ ดังนั้นอาจทำให้บางแอลลีลไม่มีโอกาสถ่ายทอดไปยังรุ่นลูกได้ การเปลียนแปลงความถี่ของแอลลีลที่เกิดขึ้นในประชากรขนาดเล็กนี้เรียกว่า แรนดอมจีเนติกดริฟท์

 

 รู้หรือเปล่า

         แรนดอมจีเนติกดริฟท์ที่พบในธรรมชาติมี 2 สถานการณ์คือ ผลกระทบจากผู้ก่อตัว (founder effect)และปรากฏการณ์คอขวด(boltleneck effect)

         ผลกระทบจากผู้ก่อตัวเกิดจากการย้ายถิ่นของประชากรขนาดเล็กไม่กี่ตัว หรือแม้เพียงเพศเมียที่ผ่านการผสมพันธุ์แล้วเพียงตัวเดียวหรือเมล็ดพืช 1 เมล็ดไปอยู๋ในแหล่งที่อยู่ในแหล่งที่อยู่ใหม่และประสบความสำเร็จในการสืบพันธุ์ทำให้มีประชากรใหม่เกิดขึ้นในแหล่งที่อยู่ใหม่ซึ่งมีโครงสร้างทางพันธุ์กรรมแตกต่างจากประชากรเริ่มต้นเนื่องจากประชากรที่ย้ายถิ่นมานั้นไม่ได้เป็นตัวแทนของประชากรรุ่นเดิมดังอย่าง

 

                       

                 แมลงหวี่ผู้ตาสีขาว x แมลงหวี่เพศเมียตาสีแดง

 ปรากฏการณ์ผลกระทบจากผู้ก่อตัว

           ปรากฏการณ์คอขวดเกิดจากประชากรขนาดใหญ่ที่มีจำนวนประชากรอย่างรวดเร็วอันเนื่องมาจากภัยธรรมชาติ เช่น แผ่นดินไหว ภูเขาไฟระเบิด ขาดแคลนอาหาร หรือการเกิดโรคระบาดขึ้น ทำให้ประชากรที่รอดจากเหตุการณ์ดังกล่าว มีขนาดเล็กลง มีผลทำให้ความถี่ของแอลลีลในยีนพลูของประชากรที่มีชีวิตอยู่รอดและประสบความสำเร็จในการสืบพันธุ์มีการเปลี่ยนแปลงจากเดิมอย่างมาก โดยบางแอลลีลจะเพิ่มมากขึ้นบางแอลลีลจะลดลงหรือบางแอลลีลอาจหายไปจากยีนพลูของประชากรนั้น

 

ประชากรเริ่มแรก เหตุการณ์ ประชากรที่รอดชีวิตคอขวด ภาพจำลองปรากฏการณ์คอขวด

 

           2. การถ่ายเทเคลื่อนย้ายยีน 

                 จากการศึกษาความถี่ของแอลลีลในประชากรไม้ดอกที่อาศัยอยู่รินฝั่งแม่น้ำ  พบว่าฝั่งด้าน A มีประชากรไม้ดอกสีขาวมากกว่าสีแดงโดยมีความถี่ของแอลลีล r = 0.9 และฝั่งด้าน B มีประชากรไม้ดอกสีแดงมากกว่าสีขาว มีความถี่ของแอลลีล r = 0.1 ดังภาพที่ 19-18 ก.ต่อมามีลมพัดแรงเกิดขึ้นบริเวณนี้ ทำให้มีการถ่ายละอองเรณูระหว่างประชากรไม้ดอกทั้ง 2 ฝั่ง เมื่อเวลาผ่านไป พบฝั่งAมีประชากรไม้ดอกสีแดงเพิ่มขึ้น มีความถี่ของแอลลีล r = 0.3 ดังภาพที่ 19-18 ข.

 ภาพที่ 19-18 การถ่ายเทเคลื่อนย้ายยีนระหว่างประชากรไม้ดอก

               จะเห็นว่าประชากรไม้ดอกทั้ง 2 ฝั่ง เมื่อมีโอกาสได้ผสมพันธุ์กันทำให้เกิดการเคลื่อนย้ายยีนหรือ

แอลลีลจากประชากรหนึ่งไปสู่อีกประชากรหนึ่ง การเคลื่อนย้ายแอลลีลระหว่างประชากรในลักษณะนี้เรียกว่า การถ่ายเทเคลื่อนย้ายยีน  (gene flow)

             - จากตัวอย่างประชากรไม้ดอกทั้งสองกลุ่มมีแนวโน้มการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างทางพันธุ์กรรมของประชากรอย่างไร

               นอกจากนี้ถ่ายเทเคลื่อนย้ายยีนระหว่างประชากรยังเกิดขึ้นในลักษณะต่างๆ เช่น การแพร่กระจายของสปอร์หรือละอองเรณูหรือเมล็ดระหว่างประชากรพืชจากพื้นที่หนึ่งแพร่กระจายไปยังพื้นที่อื่น การอพยพถิ่นฐานระหว่างประชากร เป็นต้น ทำให้ความถี่ของแอลลีลในประชากรทั้งสองมีแนวโน้มแตกต่างกันน้อยลงเรื่อยๆ จนในที่สุดเปรียบเสมือนเป็นประชากรเดียวกัน

              - ปัจจุบันมนุษย์มีการอพยพเคลื่อนย้าย และการแต่งงานข้ามเชื้อชาติมากขึ้นเรื่อๆ จะทำให้โครงสร้างทางพันธุกรรมของมนุษย์มีแนวโน้มที่จะเปลี่ยนแปลงไปอย่างไร

 

         3.การเลือกคู่ผสมพันธุ์

         นักเรียนได้ทราบมาแล้วว่าประชากรที่สมาชิกทุกตัวมีโอกาสผสมพันธุ์ได้เท่าๆกัน จะไม่มีผลต่อการเปลี่ยนแปลงความถี่ของแอลลีลในยีนพูลของประชากรในทุกรุ่น แต่ในธรรมชาติโดยทั่งไปสมาชิกในประชากรมักจะมีการเลือกผสมพันธุ์(non-random mating)ทำให้สมาชิกบางส่วนของประชากรไม่มีโอกาสได้ผสมพันธุ์ จึงมีผลต่อการเปลี่ยนแปลงความถี่ของแอลลีลในยีนพูลของประชากรในรุ่นต่อไป

          4.มิวเทชัน

           จากบทเรียนในเรื่องพันธุศาสตร์ นักเรียนทราบมาแล้วว่ามิวเทชันเป็นการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นทั้งในระดับยีน และในระดับโครโมโซมในลักษณะต่างๆ การเปลี่ยนแปลงดังกล่าวนี้เกิดขึ้นได้เสมอในสภาวะปกติ และเกิดได้ทั้งในเซลล์ร่างกายและเซลล์สืบพันธุ์ การเกิดมิวเทชันเพียงอย่างเดียวไม่มีผลมากพอจะเปลี่ยนแปลงโครงสร้างทางพันธุ์การเกิดมิวเทชันเพียงอย่างเดียวไม่มีผลมากพอจะเปลี่ยนแปลงโครงสร้างทางพันธุกรรมของยีนพูลในประชากรขนาดใหญ่ภายในรุ่นเดียว แต่เป็นการสร้างแอลลีลใหม่ที่สะสมไว้ในยีนพูลของประชากรทำให้เกิดความหลายหลากทางพันธุกรรมของประชากรโดยธรรมชาติจะเป็นผู้คัดเลือกแอลลีลใหม่ที่เหมาะสมไว้ในประชากร และเป็นปัจจัยหนึ่งที่ทำให้ความถี่ของแอลลีลในประชากรเปลี่ยนแปลง

            5. การคัดเลือกโดยธรรมชาติ 

              การคัดเลือกโดยธรรมชาติทำให้ความถี่ของแอลลีลในยีนพูลของประชากรเปลี่ยนแปลง และเกิดวิวัฒนาการขึ้นอย่างไร นักเรียนจะได้ศึกษาจากกิจกรรมต่อไปนี้

 

             กิจกรรมที่ 19.2 การคัดเลือกโดยธรรมชาติ

                นักวิทยาคนหนึ่งได้ทำการทดลองเกี่ยวกับการคัดเลือกโดยธรรมชาติของผีเสื้อกลางคืน(Biston betularia) ซึ่งมีทั้งผีเสื้อสีเทาและสีเสื้สีดำ ชอบอาศัยอยู่ตามเปลือกต้นไม้ โดยจับผีเสื้อมาติดสลากและปล่องไปในเมือง 2 แห่งคือ เมือง A เป็นเมืองที่อากาศมีมลพิษน้อย ตต้นไม้ยังคงมีไลเคนขึ้นอยู่และเมืองB เป็นเมืองที่อากาศมีมลพิษมาก จนกระทั่งไลเคนไม่สามารถเจริญได้ทำให้เปลือกต้นไม้มีเขม่าสีดำเกาะอยู่ หลังจากปล่องผีเสื้อไปได้ระยะเวลาหนึ่งจึงจับผีเสื้อกลับมา และได้บันทึกข้อมูลตาราง

 

สถานที่ทดลอง

จำนวนผีเสื้อ (ตัว)

ผีเสื้อสีเทา

ผีเสื้อสีดำ

เมือง A

จำนวนที่ปล่อย

500

500

จำนวนที่จับกลับมา

67

28

เมืองB

จำนวนที่ปล่อย

500

500

จำนวนที่จับกลับมา

61

154

  

 ก.ผีเสื้อกลางคืนเมือง A ข.ผีเสื้อกลางคือเมือง B

                 - นักเรียนจะอธิบายการเปลี่ยนแปลงความถี่ของแอลลีลในประชากรผีเสื้อในเมือง A และเมือง Bอย่างไร

                 - สถานการณ์นี้ธรรมชาติมีส่วนเกี่ยวข้องต่อการเปลี่ยนแปลงความถี่ของแอลลีลที่ทำให้เกิดการคัดเลือกชนิดพันธุของผีเสื้ออย่างไร

               จากที่กล่าวมาแล้ว การคัดเลือกโดยธรรมชาติทำให้สมาชิกของประชากรที่มีลักษณะเหมาะสมกับสภาพแวดล้อมมีจำนวนเพิ่มนากขึ้นลักษณะที่ไม่เหมาะสมกับสภาพแวดล้อมจะถูกคัดทิ้ง และมีจำนวนลดลง ด้วยเหตุนี้ทำให้แอลลีลบางแอลลีลในประชากรมีจำนวนเพิ่มมากขึ้นและบางแอลลีลของประชากรมีจำนวนลดลง จึงมีผลต่อการเปลี่ยนแปลงความถี่ของแอลลีลในประชากร ทำให้สิ่งมีชีวิตมีวิวัฒนาการโดยมีรูปร่าง สี พฤติกรรม และการดำรงชีวิตที่กลมกลืนกับสภาพแวดล้อม เช่น ตั๊กแตนใบไม้ในภาพที่ 19-19

              - เพราะเหตุใดตั๊กแตนใบไม้จึงประสบความสำเร็จในการดำรงชีวิตอยู๋ในสภาพแวดล้อมนี้ และสิ่งที่ทำหน้าที่เป็นตัวคัดเลือกที่เกิดขึ้นในธรรมชาติคืออะไร

             - นักเรียนคิดว่าถ้าสภาพแวดล้อมเปลี่ยนแปลงเป็นทุ่งหญ้า ความถี่ของแอลลีลในประชากรตั๊กแตนใบไม้จะยังคงเหมือนเดิมหรือไม่ เพราะเหตุใด

                 
  

ภาพที่ 19-19 ตั๊กแตนใบไม้ที่มีลักษณะ
  กลมกลืมกับสภาพแวดล้อม


                       ข้อแตกต่างระหว่างการคัดเลือกโดยธรรมชาติและมิวเทชันคือ มิวเทชันเป็นการสร้างลักษณะที่ดีหรือไม่ดีในประชากรนั้น ขณะที่การคัดเลือกธรรมชาติไม่ได้สร้างลักษณะทางพันธุกรรมที่อยู่มนปรัชากรที่เหมาะสมกับสภาพแวดล้อมที่สิ่งมีชีวิตอาศัยอยู่
                        
จากปัจจัยต่างๆที่ได้กล่าวมาแล้ว ทุกปัจจัยมีผลทำให้ความถี่ของแอลลีลที่เป็นองศ์ประกอบทางพันธุกรรมในประชากรมีการเปลี่ยนแปลง และมีเพียงการคัดเลือกโดยธรรมชาติเท่านั้นที่การเปลี่ยนแปลงความถี่ของแอลลีลในประชากรทำให้มีลักษณะที่เหมาะสมกับสภาพแวดล้อม