Τι είναι η αρχή του Hardy-Weinberg;

Ο Godfrey Hardy (1877-1947), ένας Άγγλος μαθηματικός, και ο Wilhelm Weinberg (1862-1937), ένας Γερμανός γιατρός, βρήκαν και οι δύο έναν τρόπο να συνδέσουν τη γενετική πιθανότητα και εξέλιξη στις αρχές του 20ού αιώνα. Ο Χάρντι και ο Γουίνμπεργκ εργάστηκαν ανεξάρτητα για την εξεύρεση μαθηματικής εξίσωσης για να εξηγήσουν τη σχέση μεταξύ γενετικής ισορροπίας και εξέλιξης σε έναν πληθυσμό ειδών.

Στην πραγματικότητα, ο Weinberg ήταν ο πρώτος από τους δύο άνδρες που δημοσίευσε και διάλεξε τις ιδέες του για τη γενετική ισορροπία το 1908. Παρουσίασε τα ευρήματά του στην Εταιρεία Φυσικής Ιστορίας της Πατρίδας στη Βυρτεμβέργη της Γερμανίας τον Ιανουάριο του ίδιου έτους. Η δουλειά του Hardy δεν δημοσιεύθηκε έξι μήνες μετά από αυτό, αλλά έλαβε όλη την αναγνώριση επειδή δημοσίευσε στην αγγλική γλώσσα ενώ ο Weinberg ήταν διαθέσιμος μόνο στα γερμανικά. Χρειάστηκαν 35 χρόνια για να αναγνωριστούν οι συνεισφορές του Weinberg. Ακόμα και σήμερα, ορισμένα αγγλικά κείμενα αναφέρονται μόνο στην ιδέα ως «Νόμος του Χάρντι», με πλήρη έκπτωση στο έργο του Γουίνμπεργκ.

Ο Charles Darwin's Η Θεωρία της Εξέλιξης άγγιξε σύντομα τα ευνοϊκά χαρακτηριστικά που μεταβιβάστηκαν από τους γονείς στους απογόνους, αλλά ο πραγματικός μηχανισμός για αυτό ήταν ελαττωματικός. Ο Γκρέγκορ Μέντελ δεν δημοσίευσε το έργο του παρά μόνο μετά το θάνατο του Ντάργουιν. Τόσο ο Hardy όσο και ο Weinberg κατάλαβαν ότι η φυσική επιλογή έγινε λόγω μικρών αλλαγών στα γονίδια του είδους.

Το επίκεντρο των έργων των Hardy's και Weinberg ήταν σε πολύ μικρές αλλαγές σε επίπεδο γονιδίου είτε λόγω τύχης είτε άλλων περιστάσεων που άλλαξαν το γενετική δεξαμενή του πληθυσμού. Η συχνότητα με την οποία εμφανίστηκαν ορισμένα αλληλόμορφα άλλαξε από γενιά σε γενιά. Αυτή η αλλαγή στη συχνότητα των αλληλίων ήταν η κινητήρια δύναμη πίσω από την εξέλιξη σε μοριακό επίπεδο ή μικροεξέλιξη.

Δεδομένου ότι ο Χάρντι ήταν πολύ ταλαντούχος μαθηματικός, ήθελε να βρει μια εξίσωση που θα μπορούσε να προβλέψει το αλληλόμορφο συχνότητα σε πληθυσμούς, ώστε να μπορούσε να βρει την πιθανότητα της εξέλιξης να συμβαίνει σε έναν αριθμό γενιές. Ο Weinberg εργάστηκε επίσης ανεξάρτητα προς την ίδια λύση. Η εξίσωση ισορροπίας Hardy-Weinberg χρησιμοποίησε τη συχνότητα αλληλόμορφα για την πρόβλεψη των γονότυπων και την παρακολούθηση τους από γενιά σε γενιά.

Π² + 2pq + q² = 1

(p = η συχνότητα ή το ποσοστό του κυρίαρχου αλληλίου σε δεκαδική μορφή, q = η συχνότητα ή το ποσοστό του υπολειπόμενου αλληλίου σε δεκαδική μορφή)

Δεδομένου ότι το p είναι η συχνότητα όλων των κυρίαρχων αλληλίων (ΕΝΑ), μετρά όλα ομόζυγος κυρίαρχα άτομα (ΑΑ) και το ήμισυ του ετερόζυγος τα άτομα (ΕΝΑένα). Ομοίως, δεδομένου ότι το q είναι η συχνότητα όλων των υπολειπόμενων αλληλίων (ένα), μετρά όλα τα ομόζυγα υπολειπόμενα άτομα (αα) και τα μισά από τα ετερόζυγα άτομα (Αένα). Επομένως, σ² σημαίνει όλα τα ομόζυγα κυρίαρχα άτομα, q² αντιπροσωπεύει όλα τα ομόζυγα υπολειπόμενα άτομα, και το 2 pq είναι όλα ετερόζυγα άτομα σε έναν πληθυσμό. Όλα είναι ίσο με 1, επειδή όλα τα άτομα σε έναν πληθυσμό ισούται με 100 τοις εκατό. Αυτή η εξίσωση μπορεί να προσδιορίσει με ακρίβεια αν η εξέλιξη έχει συμβεί μεταξύ των γενεών και σε ποια κατεύθυνση κατευθύνεται ο πληθυσμός.

Για να λειτουργήσει αυτή η εξίσωση, θεωρείται ότι δεν πληρούνται όλες οι ακόλουθες προϋποθέσεις ταυτόχρονα:

1. Δεν συμβαίνει μετάλλαξη σε επίπεδο DNA.
2. ΦΥΣΙΚΗ ΕΠΙΛΟΓΗ δεν συμβαίνει.
3. Ο πληθυσμός είναι απείρως μεγάλος.
4. Όλα τα μέλη του πληθυσμού είναι σε θέση να αναπαράγονται και να αναπαράγονται.
5. Όλο το ζευγάρωμα είναι εντελώς τυχαίο.
6. Όλα τα άτομα παράγουν τον ίδιο αριθμό απογόνων.
7. Δεν υπάρχει μετανάστευση ή μετανάστευση.

Η παραπάνω λίστα περιγράφει τα αίτια της εξέλιξης. Εάν πληρούνται όλες αυτές οι προϋποθέσεις ταυτόχρονα, τότε δεν υπάρχει εξέλιξη σε έναν πληθυσμό. Δεδομένου ότι η εξίσωση Hardy-Weinberg Equilibrium χρησιμοποιείται για την πρόβλεψη της εξέλιξης, πρέπει να συμβαίνει ένας μηχανισμός εξέλιξης.