واحدة من أهم مبادئ علم الوراثة السكانية، دراسة التركيب الوراثي والاختلافات في السكان ، هو هاردي واينبرغ مبدأ التوازن. كما هو موضح التوازن الوراثي، هذا المبدأ يعطي المعلمات الجينية لمجتمع لا يتطور. في مثل هذا السكان ، التباين الوراثي و الانتقاء الطبيعي لا تحدث ولا يواجه السكان تغييرات في الطراز العرقى و أليل ترددات من جيل إلى جيل.
مبدأ هاردي وينبرج تم تطويره من قبل عالم الرياضيات جودفري هاردي والطبيب فيلهلم وينبرج في أوائل عام 1900. لقد بنوا نموذجًا للتنبؤ بالنمط الجيني وترددات الأليل في مجتمع غير متطور. يعتمد هذا النموذج على خمسة افتراضات أو شروط رئيسية يجب الوفاء بها من أجل وجود مجتمع في حالة توازن جيني. هذه الشروط الرئيسية الخمسة هي كما يلي:
الظروف المثالية للتوازن الجيني مثالية لأننا لا نراها تحدث في الطبيعة مرة واحدة. على هذا النحو ، يحدث التطور في السكان. بناءً على الظروف المثالية ، طور هاردي ووينبرج معادلة للتنبؤ بالنتائج الوراثية في مجتمع غير متطور بمرور الوقت.
هذه المعادلة ، ص2 + 2pq + ف2 = 1، المعروف أيضا باسم هاردي واينبرغ معادلة التوازن.
إنه مفيد لمقارنة التغييرات في ترددات النمط الجيني في مجتمع ما مع النتائج المتوقعة لمجتمع في حالة توازن جيني. في هذه المعادلة ،
ص2 يمثل التردد المتوقع ل متماثل الأفراد المهيمنين في عدد السكان ، 2pq يمثل التردد المتوقع ل غير متجانسة الأفراد ، و ف2 يمثل التردد المتوقع للأفراد المتنحية المتماثلين. في تطوير هذه المعادلة ، مدد هاردي وينبرغ المعمول بها مبادئ علم الوراثة المندلية الوراثة في علم الوراثة السكانية.واحد من الشروط التي يجب الوفاء بها لتوازن هاردي وينبرغ هو عدم وجود الطفرات في عدد السكان. الطفرات هي تغييرات دائمة في تسلسل الجينات الحمض النووي. هذه التغييرات تتغير الجينات والأليلات تؤدي إلى التباين الوراثي في عدد السكان. على الرغم من أن الطفرات تحدث تغيرات في التركيب الوراثي للسكان ، فإنها قد تنتج أو لا تنتج ملحوظة ، أو التغيرات المظهرية. الطفرات قد تؤثر على الجينات الفردية أو بأكملها الكروموسومات. الطفرات الجينية تحدث عادة إما طفرات نقطة أو الإدراج زوج / الحذف. في طفرة النقطة ، يتم تغيير قاعدة النيوكليوتيدات واحدة وتغيير تسلسل الجينات. تسبب عمليات الإدراج / الحذف في قاعدة الأساس حدوث طفرات في تغيير الإطار حيث يتم قراءة الإطار الذي يتم خلاله قراءة DNA تخليق البروتين تحولت. وهذا يؤدي إلى إنتاج الخاطئ البروتينات. يتم تمرير هذه الطفرات إلى الأجيال اللاحقة من خلال تكرار الحمض النووي.
طفرات الكروموسوم قد يغير هيكل الكروموسوم أو عدد الكروموسومات في الخلية. التغيرات الكروموسومية الهيكلية تحدث نتيجة الازدواجية أو الكسر كروموسوم. إذا انفصلت قطعة من الحمض النووي عن كروموسوم ، فقد تنتقل إلى موضع جديد على كروموسوم آخر (إزاحة) ، قد تنعكس وتدخل مرة أخرى في الكروموسوم (الانقلاب) ، أو قد تضيع خلال انقسام الخلية (حذف). هذه الطفرات الهيكلية تغير تسلسل الجينات على الحمض النووي الكروموسومات إنتاج الاختلاف الجيني. تحدث طفرات الكروموسوم أيضًا بسبب التغيرات في عدد الكروموسوم. ينتج هذا عادةً عن انكسار الكروموسوم أو عن فشل الكروموسومات في الانفصال بشكل صحيح (عدم الالتصاق) أثناء الانقسام الاختزالي أو الانقسام المتساوي.
في توازن هاردي وينبرج ، يجب ألا يحدث تدفق الجينات في السكان. انسياب الجينات، أو الهجرة الجينية يحدث عندما ترددات أليل في التغير السكاني حيث تهاجر الكائنات الحية إلى أو خارجها. الهجرة من فئة سكانية إلى أخرى تقدم أليلات جديدة في مجموعة جينات موجودة التكاثر الجنسي بين أفراد الشعبين. يعتمد تدفق الجينات على الهجرة بين السكان المنفصلين. يجب أن تكون الكائنات الحية قادرة على السفر لمسافات طويلة أو حواجز عرضية (الجبال ، المحيطات ، وما إلى ذلك) للانتقال إلى مكان آخر وإدخال جينات جديدة في مجموعة حالية. في تجمعات النباتات غير المتنقلة ، مثل كاسيات البذور، قد يحدث تدفق الجينات كما لقاح يتم بواسطة الرياح أو عن طريق الحيوانات إلى أماكن بعيدة.
الكائنات الحية المهاجرة من السكان يمكن أن تغير ترددات الجينات. إزالة الجينات من تجمع الجينات يقلل من حدوث أليلات محددة ويغير ترددها في تجمع الجينات. تجلب الهجرة التباين الوراثي في مجتمع ما وقد تساعد السكان على التكيف مع التغيرات البيئية. ومع ذلك ، فإن الهجرة تزيد من صعوبة حدوث التكيف الأمثل في بيئة مستقرة. ال هجرة من الجينات (تدفق الجينات من السكان) يمكن أن تمكن التكيف مع البيئة المحلية ، ولكن يمكن أن يؤدي أيضا إلى فقدان التنوع الجيني والانقراض المحتمل.
عدد كبير جدا من السكان ، واحد من حجم لانهائي، مطلوب لتحقيق التوازن هاردي وينبرغ. هناك حاجة إلى هذا الشرط من أجل مكافحة تأثير الانحراف الجيني. الانحراف الجيني يوصف بأنه تغيير في ترددات الأليل من السكان التي تحدث عن طريق الصدفة وليس عن طريق الانتقاء الطبيعي. أصغر السكان ، كلما زاد تأثير الانجراف الجيني. هذا لأن أصغر عدد السكان ، والأرجح أن بعض الأليلات سوف تصبح ثابتة والبعض الآخر سوف تصبح ينقرض. إزالة الأليلات من مجتمع يغير الترددات أليل في السكان. من المرجح أن يتم الاحتفاظ بترددات أليل في عدد أكبر من السكان بسبب حدوث أليلات في عدد كبير من الأفراد في السكان.
الانجراف الوراثي لا ينجم عن التكيف ولكنه يحدث بالصدفة. الأليلات التي لا تزال قائمة في السكان قد تكون إما مفيدة أو ضارة للكائنات الحية في السكان. هناك نوعان من الأحداث يعززان الانجراف الوراثي والتنوع الوراثي المنخفض للغاية داخل مجتمع ما. يُعرف النوع الأول من الحدث باسم عنق الزجاجة في عدد السكان. السكان عنق الزجاجة ناتج عن حادث تصادم سكاني يحدث بسبب نوع من الأحداث الكارثية التي تقضي على غالبية السكان. السكان الباقين على قيد الحياة لديها تنوع محدود من الأليلات وانخفاض تجمع الجينات من خلالها لرسم. ويلاحظ المثال الثاني للانجراف الجيني في ما يعرف باسم تأثير المؤسس. في هذه الحالة ، يتم فصل مجموعة صغيرة من الأفراد عن السكان الرئيسيين وإنشاء مجتمع جديد. لا تتمتع هذه المجموعة الاستعمارية بالتمثيل الكامل للأليل من المجموعة الأصلية ، وسيكون لها ترددات أليل مختلفة في مجموعة الجينات الأصغر نسبياً.
التزاوج العشوائي هو شرط آخر مطلوب لتحقيق التوازن هاردي وينبرغ في عدد السكان. في التزاوج العشوائي ، يتزاوج الأفراد دون تفضيل للخصائص المحددة في رفيقهم المحتمل. من أجل الحفاظ على التوازن الوراثي ، يجب أن يؤدي هذا التزاوج أيضًا إلى إنتاج نفس العدد من النسل لجميع الإناث من السكان. غير عشوائي لوحظ التزاوج عادة في الطبيعة من خلال الانتقاء الجنسي. في الاختيار الجنسي، يختار الفرد رفيقه بناءً على السمات التي تعتبر الأفضل. الصفات ، مثل الريش الزاهية الألوان ، والقوة الغاشمة ، أو قرون كبيرة تشير إلى لياقة أعلى.
الإناث ، أكثر من الذكور ، يتم اختيارهن عند اختيار زملائهم من أجل تحسين فرص بقائهم على قيد الحياة لصغارهم. يؤدي التزاوج غير العشوائي إلى تغيير ترددات الأليل في مجتمع ما ، حيث يتم اختيار الأفراد ذوي السمات المرغوبة للتزاوج أكثر من أولئك الذين لا يتمتعون بهذه الصفات. في بعض محيط، فقط اختيار الأفراد الحصول على رفيقه. على مر الأجيال ، سوف تحدث أليلات الأفراد المختارين في كثير من الأحيان في مجموعة الجينات الخاصة بالسكان. على هذا النحو ، يساهم الاختيار الجنسي في تطور السكان.
من أجل وجود سكان في توازن هاردي وينبرغ ، يجب ألا يحدث الانتقاء الطبيعي. الانتقاء الطبيعي هو عامل مهم في التطور البيولوجي. عندما يحدث الانتقاء الطبيعي ، والأفراد في السكان هو أفضل تتكيف مع بيئتهم البقاء على قيد الحياة وإنتاج ذرية أكثر من الأفراد الذين لم يتم تكييفها بشكل جيد. وهذا يؤدي إلى تغيير في التركيب الجيني للسكان حيث تنتقل الأليلات الأكثر ملاءمة إلى السكان ككل. الانتقاء الطبيعي يغير ترددات الأليل في عدد السكان. هذا التغيير ليس بسبب الصدفة ، كما هو الحال بالنسبة للانجراف الجيني ، ولكن نتيجة للتكيف البيئي.
البيئة التي تحدد الاختلافات الجينية أكثر ملاءمة. تحدث هذه الاختلافات نتيجة لعدة عوامل. طفرة الجين ، تدفق الجينات ، و إعادة التركيب الجيني أثناء التكاثر الجنسي ، كلها عوامل تؤدي إلى التوليف وتوليفات جينية جديدة في مجتمع ما. يمكن تحديد السمات التي يفضلها الانتقاء الطبيعي بواسطة جين واحد أو العديد من الجينات (الصفات متعددة الجينات). تتضمن أمثلة السمات التي تم اختيارها بشكل طبيعي تعديل الورقة في النباتات آكلة اللحوم, تشابه الأوراق في الحيواناتوالسلوك التكيفي الات دفاعية، مثل لعب ميتا.