In diesem Video geht es um das Hardy-Weinberg-Gesetz, welches im Themenfeld Evolution von besonderer Bedeutung ist.
Evolution - ihr wisst, dass man darunter die stammesgeschichtliche Veränderung versteht über Generationen hinweg - und zwar des Erbgutes (grob gesagt). Genauer gesagt lässt sich Evolution bemessen anhand der Veränderung von Allelfrequenzen und Genotypfrequenzen in einer Population, d.h., dass sich die Häufigkeit zweier Allele und der sich aus den Allelen ergebenen Genotypen im Laufe der Zeit verändern.
Die zwei Allele können in drei unterschiedlichen Möglichkeiten als Genotypen auftreten: Zweimal AA für den Fall, dass sowohl die Mutter als auch der Vater ihr Groß A vererbt haben, Aa bzw. aA und aa (schon deutlich machen mit „von den Eltern + 2* Aa). Wenn sich Evolution durch Veränderungen der Allelfrequenzen belegen lässt, dann meint man damit die Veränderung der relativen Häufigkeit verschiedener Allele in einer Population im Laufe der Zeit. Nehmen wir an, dass in einer Population zu einem bestimmten Zeitpunkt beispielsweise von insgesamt 200 Individuen 90 Individuen den Genotyp AA, 40 Aa und 70 aa aufweisen. Die Allelfrequenz bzw. -häufigkeit lässt sich super einfach ermitteln, z.B. für das dominante Allel A, indem man die Zahl der Kopien des Allels A durch die Gesamtzahl der Kopien aller Allele in der Population dividiert.
Weil jedes Individuum diploid ist und jeweils zwei Allele hat, haben 200 Individuen insgesamt 400 Allele - die Gesamtzahl der Kopien aller Allele beträgt also 400. Ein Individuum, das homozygot ist und AA trägt, besitzt zwei Kopien des Allels A, jedes Aa Individuum nur eine Kopie. Die Gesamtzahl an A-Allelen (für die weiße Blütenfarbe) beträgt also 2N AA + N Aa - entsprechend die Gesamtzahl der a-Allele 2N aa + N Aa. Wir legen den Buchstaben p als Frequenz bzw. Häufigkeit von A fest. In unserem Beispiel sind von insgesamt 400 Kopien der beiden Allele 220 mal das Allel A vertreten - was 0,55 bzw. 55 Prozent entspricht. Den Buchstaben q legen wir fest als Frequenz des Allels a - entsprechend unseres Beispieles sind es 0,45 bzw. 45%. Weil es nur die beiden Allele gibt, gilt natürlich p + q = 1.
Die Allelfrequenz ist allerdings ungleich die Genotypfrequenz - klar, denn die zwei verschiedenen Allele bringen drei mögliche Genotypen hervor. Die Genotypfrequenz lässt sich ebenfalls leicht berechnen: 90 von 200 Individuen haben den Genotyp AA - das entspricht 45 Prozent. 20 Prozent oder 0,2 ist die Genotypfrequenz von Aa und die relative Häufigkeit, dass unter den 200 Individuen den Genotypen aa aufweisen, liegt bei 35 Prozent. Wenn sich über Generationen hinweg Allelfrequenzen und Genotypenfrequenzen verändern, dann findet Evolution statt.
Eine Vielzahl von Faktoren können evolutionäre Veränderungen bewirken - dass sich das Erbgut also langfristig verändert. Darüber waren sich auch der Mathematiker Godfrey Hardy und der Physiker Wilhelm Weinberg einig - und nahmen dies zum Ausgangspunkt, sich mit einer anderen Frage zu beschäftigen: Welche Bedingungen müssen existieren, damit die genetische Struktur einer Population über eine Zeit hinweg gleich bleibt - sich also nicht verändert?
Eine Population, die nicht evolviert (sich also nicht genetisch verändert), befindet sich im Hardy-Weinberg-Gleichgewicht.
Dafür müssen eine Reihe von Bedingungen erfüllt sein, und zwar:
1) Es treten keine Mutationen auf. Die Allele in einer Population verändern sich nicht und es kommen auch keine neue Allele in den Genpool hinzu.
2) Es findet kein Genfluss statt. Kreuzungen finden nur innerhalb einer Population statt; es gibt also weder Zuwanderung in die Population, noch verlassen Individuen die Population und kreuzen sich mit Individuen anderer Populationen
3) Eine weitere Bedingung ist, dass keine Selektion unter den Genotypen existiert. Eigentlich haben Individuen aufgrund ihrer unterschiedlichen genetischen Ausstattung und damit variierenden Phänotypen - d.h. ein unterschiedliches äußeres Erscheinungsbild - entsprechend unterschiedliche Überlebens- und Fortpflanzungschancen - Individuen, die infolge ihres Phänotyps gut an ihre Umweltanforderungen angepasst sind, haben einen Selektionsvorteil gegenüber schlechter angepassten Individuen. All das ist nach der Bedingung von Hardy und Weinberg außer Kraft gesetzt - alle Individuen haben die gleiche Überlebenschance und gleiche Fortpflanzungsraten
4) Außerdem ist die Populationsgröße unendlich und die Individuen kreuzen sich durchweg nach dem Zufallsprinzip. Zufällige Paarungen - das bedeutet, dass keine bestimmten Geno- oder phänotypen von einem Individuum präferiert werden bei der Partnerwahl - alle Individuen haben gleich große Fortpflanzungschancen.
Wenn wir vorhin gesagt haben, dass sich Evolution messen lässt durch die Veränderung von Allelhäufigkeiten; dann ist klar: Damit eine Population nicht evolviert, muss darf sich die Allelhäufigkeit über Generationen weg nicht ändern.
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Негізгі бет Hardy-Weinberg-Gesetz / Gleichgewicht [Berechnung von Allelfrequenzen und Genotypfrequenzen]
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