Программа:
«Моделирование естественного отбора для локусов в разных хромосомах»
Вступление
Приводится описание программы моделирования одного гипотетического
варианта естественного отбора: Мутации в двух хромосомах.
1. Естественный отбор
По Дарвину особи с полезными признаками, дают больше потомства.
Чаще, но не всегда, достигается или повышением плодовитости при сохранении времени жизни, или увеличением времени жизни при сохранении прежней плодовитости, или действуют оба фактора одновременно.
По Дарвину это и есть положительный отбор. Имеются в виду признаки, полученные при мутациях и передающиеся по наследству. Понятие альтруизма здесь не рассматривается. Наследование генов альтруизма рассмотрено в ветви: АЛЬТРУИЗМ. Генетика конкретизировала основу понятия «признак» - гены. Основные определения по генетике в приложениях 1 - 6. Каждый признак определяется определенным геном или комбинацией генов. Гены по различным причинам мутируют. Мутация определенного гена порождает аллели этого гена.
А, следовательно, и новые признаки организма. Естественный отбор может происходить по разным вариантам.
Вариант 1. Гены мутируют. Последствия мутаций в одном гене могут быть: положительные, отрицательные и нейтральные. Положительные мутации в процессе сохраняются всё большего числа особей. Отрицательные мутации «вымываются».
Вариант 2. При совпадении нескольких определенных нейтральных мутаций в разных хромосомах организм приобретает новые признаки, способствующие увеличению численности таких организмов. Для исследования такого варианта отбора разработана программа «Моделирование естественного отбора для локусов в разных хромосомах».
2. Цель программы
В программе «Моделирование естественного отбора для локусов в разных хромосомах» изучается ситуация. Некие существа размножаются половым путем. Для определенности: «мужчины» и «женщины». Название условное. Могут быть и кузнечики. От перемены местами мужчин и женщин задача не меняется. Сделано гипотетическое допущение. Особь, у которой в определенных хромосомах в заданных локусах расположены заданные гены из списка аллель генов, получает преимущество перед другими особями: меньше вероятность смерти. Такие особи получают условное название: особи с геномом плюс(+). Моделируется половой процесс с обменом хромосом между родителями при зачатии. Выясняется, сколько должно произойти рождений и смертей, для преобладания в сообществе особей с геномом плюс.
Две хромосомы 1 и 2, одинаковы для мужчин и женщин.
Гены в хромосоме 1: x1 и x2.
Гены в хромосоме 2: y1 и y2.
Аллели генов x1 и x2: 1,2…,.c
Аллели генов y1 и y2: 1,2…,.c
Гены в хромосомах 1 и 2 различны.
В конкретной программе особы с аллелеями:
x1 = 1
x2 = 1
y1 = 2
y2 = 2
Названы особями с геномом +.
Они имеют меньшую вероятность смерти.
То есть могут за «жизнь» произвести больше потомства.
В исходном состоянии задается некоторое множество мужчин и женщин.
Мужчин p3, женщин p4.
Для первой позиции (особи) в соответствующем массиве задается геном +.
Для остальных геном случайно.
Далее имитируется процесс размножения.
До достижения количества мужчин и женщин соответственно: p1 и p2.
В примере программы
p1 = p2
p3 = p4
3. Формат программы.
Программа составлена на DELPHI 7. Ввод исходных данных непосредственно в тексте программы. Для работы с программой необходимо установить DELPHI 7.
Скачать
Дельфи 7
https://yadi.sk/d/W3zk0vU2fJdZe
Скачать программу A-2chr
https://yadi.sk/d/42DrSMFQfcv8x
3. Биологическая интерпретация
Программа имеет следующую биологическую интерпретацию.
На необитаемом острове появилась популяция из p3 – «мужчин» и p4 – «женщин».
Один мужчина и одна женщина имеют геном +.
Данный геном уменьшает вероятность смерти.
Популяция может из-за ограниченных ресурсов увеличить численность только до p1 – «мужчин» и p2 – «женщин».
Другой вариант вымереть.
В определенное время года происходит вымирание, в другой сезон размножение.
Задано ограничение на число лет существования популяции - kk
Определяется: какая доля особей через kk лет с геномом плюс среди живущих мужчин и женщин и среди потенциально возможного числа мужчин и женщин.
4. Алгоритм
Алгоритм состоит из следующих блоков.
БЛОК ОКАНТОВКИ ТАБЛИЦ
БЛОК СУПЕРЦИКЛА
БЛОК СМЕРТЬ +РОЖДЕНИЕ
БЛОК СМЕРТЬ
БЛОК РОЖДЕНИЕ
БЛОК ВЫВОДА
4.1. БЛОК ОКАНТОВКИ ТАБЛИЦ
Проставка номеров строк и столбцов
4.2. БЛОК СУПЕРЦИКЛА
В ходе суперцикла повторяется:
БЛОК СМЕРТЬ+РОЖДЕНИЕ
.
Смысл суперцикла.
Данные по выполнению БЛОК СМЕРТЬ+РОЖДЕНИЕ
имеют большой вероятностный разброс.
Поэтому следует использовать усредненные данные по ходу выполнения суперцикла.
4.3. БЛОК СМЕРТЬ+РОЖДЕНИЕ
Поочередно выполняются:
БЛОК СМЕРТЬ
БЛОК РОЖДЕНИЯ
Ограничениями служат:
Максимальное число мужчин – константа p1;
Максимальное число женщин – константа p2;
Заданное число итераций – константа kk.
Используется цикл while
4.4. БЛОК СМЕРТИ
В ходе выполнения этого блока поочередно сканируются массивы мужчин и женщин.
С заданной вероятности имитируется смерть, то есть обнуление просканированных позиций массивов.
Для особей с геномом + устанавливается меньшая вероятность смерти.
Число проведения итераций БЛОК СМЕРТИ задается.
Константа t.
4.4. БЛОК РОЖДЕНИЯ
В ходе выполнения БЛОК РОЖДЕНИЯ вначале определяется число рождений.
Если число мужчин превышает число женщин, число рождений задается долей от числа мужчин.
В противном случае число рождений - доля от числа женщин.
Рождение мужчины или женщины случайно.
Далее случайным образом выбирается пара мужчина – женщина.
Далее имитируется рождение новой особи.
Генотип определяется в соответствии с законом Менделя.
4.5. Исходные данные
Исходные данные (const) вводятся непосредственно в тексте программы.
5. Массивы и переменные
Основные массивы. Массив исходных мужчин u1[1..k,1..p3,1..2], где: k – число пар гомологичных хромосом, комбинации которых исследуются. p3 – число мужчин на старте программы. Позиции 1 и 2 соответствуют аллелям гена в гомологичных хромосомах.
Все аллели гена для заданного локуса пронумерованы
от 1 до с.
Принято: число аллель генов для всех локусов одинаково. Константа c задается в исходных данных.
Задается также массив u2[1..k,1..p4,1..2].
Где p4 число женщин.
Также задаются числа, определяющие вероятность смерти, вероятность рождения мужчины или женщины, вероятность для выбора варианта комбинации генов мужчины и женщины у потомка.
В тексте программы задаются особи с геномом плюс.
В данном варианте программы по одной особи на позиции № 1.
В ходе выполнения программы преобразуются массивы
ua[1..k,1..p3,1..2] и ub[1..k,1..p3,1..2], соответственно мужчины и женщины.
6. БЛОК ВЫВОДА
6.1 Общее
Выводятся данные следующего вида:
А) Усредненные данные по всем итерациям суперцикла.
Б) Данные по первым 20 итерациям суперцикла
В) Данные по заданной итерации № ss суперцикла.
6.1. Данные по совокупности суперцикла
Дано в разделе 7.
6.2. Данные по 20 итерациям суперцикла:
Вывод массивы v[1..20], m[1..20] и d[1..20] соответственно для каждой итерации итог: число мужчин с геномом плюс, число мужчин и число незаполненных ячеек в массиве ua[1..20], то есть число потенциально возможных мужчин.
6.3. Данные по заданной итерации суперцикла
Смотреть по тексту программы
7. Результаты счета.
Предусмотрен вывод:
a : integer; // сумма мужчин за суперцикл
l : integer; // сумма отсутствия мужчин за суперцикл
v : integer; // сумма мужчин с геномом плюс за суперцикл
b : currency; // среднее число мужчин за суперцикл
l1 : currency; // среднее число отсутствия мужчин за суперцикл
w : currency; среднее число мужчин с геномом плюс за суперцикл
g : currency; // за супер цикл. Отношение числа мужчин с геномом плюс к общему числу мужчин
g1 : currency; // за супер цикл. Отношение числа мужчин с геномом плюс к потенциальному числу мужчин
aa : integer; // сумма женщин за суперцикл
y1 : integer; // сумма отсутствия сумма отсутствия женщин за суперцикл за суперцикл
vv : integer; // сумма женщин с геномом плюс за суперцикл
bb : currency; // среднее число женщин за суперцикл
yy : currency; // среднее число отсутствия женщин за суперцикл
ww : currency; // среднее число женщин с геномом плюс за суперцикл
gg : currency; // за супер цикл. Отношение числа женщин с геномом плюс к общему числу женщин
gg1 : currency; // за супер цикл. Отношение числа женщин с геномом плюс к потенциальному числу женщин
gg2 : integer; // число циклов суперцикла без вымирания для мужчин
gg3 : integer; // число циклов суперцикла без вымирания для мужчин
r1 : currency; // за суперцикл. Число циклов без вымирания для мужчин к общему числу циклов
r2 : currency; // за суперцикл. Число циклов без вымирания для женщин к общему числу циклов
Имеются три варианта счета:
А) Вымирание: обнуление массивов ua[1..k,1..p1,1..2] и ub[1..k,1..p2,1..2] .
Б) Число элементов массивов ua[1..k,1..p1,1..2] и ub[1..k,1..p2,1..2] с геномом плюс в ходе расчётов существенно не изменились.
В) Число элементов массивов ua[1..k,1..p1,1..2] и ub[1..k,1..p2,1..2] с геномом плюс в ходе расчётов существенно увеличилось.
Интересен вариант В.
Иллюстрация эволюции.
Пример.
Исходные данные:
t = 1;// Число циклов смертей
kk = 1;// допустимое число циклов в основном цикле
p1 =2000;// Число мужчин - конечное (не более)
p2 = 2000; // Число женщин - конечное (не более)
p3 = переменная; // начальное число мужчин
p4 =переменная; // начальное число женщин
принято
p3 = p4
ff =5; // 1 критерий для определения вероятностей смерти
o3 = 2 ;// число для расчёта рождений за цикл размножения (рождений) // на o3 делится число мужчин (женщин в текущий момент расчета)
fff = 20; // для расчёта случайной величины при определении вероятности// смерти мужчин и женщин вне генома плюс
rr = 40 ; // для расчёта случайной величины при определении вероятности// смерти мужчин и женщин c геномом плюс
k = 2; // число независимо наследуемых генов
// размещены в неголомогичных хромосомах
c = 5; // число независимо наследуемых генов в расчете
sss =100 ; // число суперциклов
Ниже вывод для
p3 = p4: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 15, 20, 25, 30
b : currency; // среднее число мужчин за суперцикл
w : currency; среднее число мужчин с геномом плюс за суперцикл
g : currency; // за супер цикл. Отношение числа мужчин с геномом плюс к общему числу мужчин
g1 : currency; // за супер цикл. Отношение числа мужчин с геномом плюс к потенциальному числу мужчин
r1 : currency; // за суперцикл. Число циклов без вымирания для мужчин к общему числу циклов
Результаты счёта
p3= p4 1 b w g g1 r1
1---891,26---891,26---1---0,4456---0,77
2---752,65---714,11---0,9487---0,3571---0,725
3---537,235---532,585---0,9913---0,2663---0,68
4---372,075---366,135---0,984---0,1831---0,645
5---265,49---261,89---0,9864---0,1309---0,6
6---220,29---219,275---0,9954---0,1096---0,53
7---173,2---172,055---0,9984---0,086---0,5
8---260,415---259,295---0,9957---0,1296---0,525
9---200,31---199,03---0,9936---0,0995---0,55
10---194,4---192,9---0,9923---0,0964---0,585
15---142,38---140,67---0,988---0,0703---0,6
20---99,335---97,59---0,9824---0,0488---0,58
25---111,91---109,55---0,9789---0,0548---0,56
30---142,3---139,8---0,9825---0,0699---0,58
35---88,395---86,355---0,5769---0,0432---0,59
40---93,26---90,495---0,9704---0,0452---0,58
50---95,885---92,33---0,929---0,0462---0,67
60---48,495---44,28---0,9131---0,221---0,695
70---86,67---80,21---0,9255---0,0401---0,759
80---80,27---71,505---0,8908---0,0358---0,79
90---34,945---24,325---0,691---0,0122---0,835
100---51,1---33,48---0,6552---0,0167---0,89
150---47,545---11,28---0,2372---0,0056---0,97
200---72,07---11,405---0,1582---0,0057---1
250---110,35---11,99---0,1087---0,006---1
300---144,59---10,45---0,0723---0,0052---1
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Приложение 1
Основные принципы
Организм состоит из клеток. В клетках ядра. В ядрах хромосомы. Наборы хромосом почти во всех клетках одинаковы. Исключения половые клетки и красные кровяные тельца. Общее название совокупности хромосом – генотип организма. Каждая хромосома последовательность генов. Каждый ген кодирует определенную функцию организма. Например, синтез белка. Местоположения генов в хромосоме называется локусами. Варианты вариантов генов для какого-либо локуса хромосомы носит название – аллеля. В диплоидном организме хромосомы образуют гомологичные пары. В хромосомах - гомологах местоположение локусов совпадают.
Каждая из хромосом гомологичной пары в каждом локусе имеет определенную аллелю гена. Аллели могут совпадать, а могут и отличаться. Исключение половые хромосомы.
Ниже они не рассматриваются. В одинаковых локусах хромосом - гомологов содержатся гены из списка аллель генов для данного локуса. Набор хромосом определяет построение и функции организма. Используется термин – фенотип. Фенотип определяется всеми хромосомами. В результате сложного процесса размножения у потомка каждая пара хромосом гомологов состоит из одной хромосомы отца и из одной хромосомы матери. Множество пар хромосом сохраняется. Выбор одной из двух гомологичных хромосом родителей для потомка происходит случайным образом с вероятностью 0,5.
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Приложение 2.
Законы комбинации аллелей при размножении в http://tigrasp.narod.ru/s-g3.html
||||||||||||||||||||||||||||||||||
Приложение 3
http://ru.wikipedia.org/wiki/Локус в биологии означает фиксированное положение (локализацию) на хромосоме, например, положение гена. Вариант последовательности ДНК в данном локусе называется аллелью. Упорядоченный перечень локусов для какого-либо генома называется генетической картой. Генное картирование — это определение локусa для специфического биологического признака.
Диплоидные или полиплоидные клетки, которые несут одинаковые аллели на каком-либо локусе называются гомозиготными по этому локусу, а те, которые несут различные аллели — гетерозиготными.
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Приложение 4
http://ru.wikipedia.org/wiki/
Изучением генов занимается наука генетика, родоначальником которой считается Грегор Мендель, который в 1865 году опубликовал результаты своих исследований о передаче по наследству признаков при скрещивании гороха. Сформулированные им закономерности впоследствии назвали Законами Менделя.….В настоящее время, в молекулярной биологии установлено, что гены — это участки ДНК, несущие какую-либо целостную информацию — о строении одной молекулы белка или одной молекулы РНК. Эти и другие функциональные молекулы определяют развитие, рост и функционирование организма.
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Приложение 5
http://dic.academic.ru/dic.nsf/enc_medi … /Хромосомы
Хромосомы
(греч. chrōma цвет, окраска + sōma тело) основные структурно-функциональные элементы клеточного ядра, содержащие гены. Название «хромосомы» обусловлено их способностью интенсивно окрашиваться основными красителями во время деления клетки. Каждый биологический вид характеризуется постоянством числа, размеров и других морфологических признаков X. Хромосомный набор половых и соматических клеток различен. В соматических клетках содержится двойной (диплоидный) набор Х. который можно разделить на пары гомологичных (идентичных) хромосом, сходных по величине и морфологии. Один из гомологов всегда отцовского, другой— материнского происхождения. В половых клетках (гаметах) эукариот (многоклеточных организмов, в т.ч. человека) все хромосомы набора представлены в единственном числе (гаплоидный хромосомный набор). В оплодотворенной яйцеклетке (зиготе) гаплоидные наборы мужских и женских гамет объединяются в одном ядре, восстанавливая двойной набор хромосом. У человека диплоидный хромосомный набор (кариотип) представлен 22 парами хромосом (аутосом) и одной парой половых хромосом (гоносом). Половые хромосомы различаются не только по составу содержащихся в них генов, но и по своей морфологии. Развитие из зиготы женской особи определяет пара половых хромосом, состоящая из двух Х-хромосом, то есть ХХ-пара, а мужской — пара, состоящая из X-хромосомы и У-хромосомы, — то есть ХУ-пара.
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Приложение 6
http://dic.academic.ru/dic.nsf/enc_psyc … оминантные
Доминантные и рецессивные гены (genetic dominance and recessiveness)
По иронии судьбы, о наследственности животных нам известно гораздо больше, чем о наследственности чел. Наследственность является результатом комбинаций генов. Гены — это биохимические функциональные элементы хромосом, определяющие потенциальный пол и др. признаки у зародыша. Хромосомы представлены парами в ядре каждого сперматозоида и каждой яйцеклетки. У чел. имеется 23 пары, или 46 хромосом, причем одну пару называют половыми хромосомами, потому что они определяют пол будущего организма. Клетки женского организма несут две Х-хромосомы, тогда как клетки мужского содержат одну Х- и одну Y-хромосому. Y-хромосома мельче по размеру и содержит меньше генов на своей поверхности, чем Х-хромосома.
В результате клеточного деления в яичниках все яйцеклетки содержат одну Х-хромосому, тогда как клеточное деление в яичках приводит к тому, что половина сперматозоидов содержит Х-хромосому, а др. их половина — Y-хромосому. Т. о., в половине случаев челов. яйцеклетка оплодотворяется сперматозоидами, несущими Х-хромосому, и еще в половине — сперматозоидами, несущими Y-хромосому, так что половина рождающихся в популяции детей должна бы иметь мужской пол, а половина — женский. (Мальчиков все же рождается чуть больше, но среди них и смертность выше, а потому соотношение полов быстро уравнивается; по мере того как дети становятся старше, соотношение полов сдвигается в сторону преобладания представительниц женского пола вследствие большей устойчивости женского организма к болезням.) ………………..X. К. Финк
Отредактировано ABC (2021-12-07 23:49:11)