Toolyard

Simulator für natürliche Selektion und Populationsgenetik

Gleichungen in dieser Simulation

p² + 2pq + q² = 1
pHäufigkeit des dunklen Allels AAnfangshäufigkeit des dunklen Allels p
qHäufigkeit des hellen Allels aq = 1 − p
p², 2pq, q²erwartete Anteile von AA, Aa und aaHardy-Weinberg: gilt bei zufälliger Paarung ohne Selektion, Drift, Mutation oder Migration; unten verglichen mit den in der Population gezählten Anteilen

Mit den aktuellen Werten:

p′ = (p² w_AA + pq w_Aa) ÷ w̄, w̄ = p² w_AA + 2pq w_Aa + q² w_aa
wFitness jedes Genotypsder Anteil, der die Vögel überlebt: 1 für einen gut getarnten Falter, 1 − s für einen auffälligen
w̄mittlere Fitness
p′erwartete Häufigkeit in der nächsten Generationwas Selektion allein ergäbe; die echte Population driftet zusätzlich zufällig

Mit den aktuellen Werten:

Drift: Standardabweichung von Δp = √(p q ÷ 2N)
NPopulationsgröße Njede Generation sind 2N Genkopien, zufällig aus den Eltern gezogen; eine kleine Population wandert umher und kann ein Allel ganz verlieren

Mit den aktuellen Werten:

χ² = Σ (beobachtet − erwartet)² ÷ erwartet
χ²Test auf Hardy-Weinbergüber 3,84 (ein Freiheitsgrad) weichen die Genotypzahlen auf dem 5-%-Niveau signifikant von Hardy-Weinberg ab

Mit den aktuellen Werten:

So benutzt du den Simulator für natürliche Selektion

  1. Eine Population von Faltern ruht auf Baumrinde. Jeder hat zwei Kopien eines Farbgens: A für dunkel und a für hell. Vögel jagen die, die sich von der Rinde abheben, die Selektionsstärke legt fest, wie viele davon gefressen werden; die Überlebenden paaren sich zufällig, und die nächste Generation nimmt ihren Platz ein.
  2. Beginne mit wenigen dunklen Faltern auf heller Rinde und sieh das dunkle Allel schwinden; stell die Rinde auf dunkel, wie es der Ruß im industriellen England tat, und sieh es in ein paar Dutzend Generationen übernehmen. Das Diagramm zeigt die Häufigkeit des dunklen Allels, neben der grauen Linie, die Selektion allein ergäbe.
  3. Stell die Selektionsstärke auf 0 und die Population groß: die Genotypen entsprechen den Hardy-Weinberg-Anteilen p², 2pq und q², und der χ²-Test bestätigt es. Dann füge Selektion hinzu oder mach die Population klein, damit der Zufall der Drift übernimmt, und sieh das Gleichgewicht brechen. Der Hardy-Weinberg-Rechner rechnet dasselbe für deine eigenen Zählungen, und der Punnett-Quadrat-Rechner zeigt die Kreuzungen dahinter.

Häufige Fragen

Was ist das Hardy-Weinberg-Gleichgewicht?

In einer großen Population mit zufälliger Paarung und ohne Selektion, Mutation, Migration oder Drift bleiben die Allelhäufigkeiten von Generation zu Generation gleich, und die Genotypen stellen sich auf p² AA, 2pq Aa und q² aa ein. Es ist das Nullmodell der Populationsgenetik: weicht eine echte Population davon ab, ist eine dieser Bedingungen nicht erfüllt.

Wie verändert natürliche Selektion Allelhäufigkeiten?

Individuen mit manchen Genotypen überleben oder vermehren sich besser, also werden ihre Allele häufiger weitergegeben. Überleben dunkle Falter auf dunkler Rinde um 30 % besser als helle, steigt die Häufigkeit des dunklen Allels jede Generation ein wenig, um einen Betrag, der von p, q und der Dominanz des Allels abhängt. Ein seltenes rezessives Allel ist für die Selektion fast unsichtbar, weil sich fast alle seine Kopien in Heterozygoten verstecken.

Was ist genetische Drift?

Zufällige Änderung der Allelhäufigkeiten durch das Glück, welche Individuen sich gerade fortpflanzen. Jede Generation ist eine Stichprobe der vorigen, und in einer kleinen Population kann diese Stichprobe weit danebenliegen: die Standardabweichung der Änderung ist √(pq/2N). Drift kann ein Allel ganz ohne Selektion fixieren oder verlieren, darum verlieren kleine, isolierte Populationen genetische Vielfalt.

Stimmt die Geschichte vom Birkenspanner?

Ja. Im industriellen Großbritannien stieg die dunkle Form des Birkenspanners von selten in den 1840er-Jahren auf über 90 % um Manchester bis 1900, als Ruß die Flechten tötete und die Bäume schwärzte, und ging nach den Gesetzen für saubere Luft in den 1950er-Jahren wieder zurück. Feldstudien, darunter eine große von Michael Majerus, 2012 veröffentlicht, bestätigten, dass Vögel die auffälligen Falter häufiger fressen.

Es heißt, WebGL sei abgeschaltet.

Die 3D-Ansicht braucht WebGL, das jeder aktuelle Browser hat. Es kann abgeschaltet sein, wenn die Hardwarebeschleunigung in den Browsereinstellungen deaktiviert ist oder der Grafiktreiber sehr alt ist. Schalte die Hardwarebeschleunigung ein oder probier einen anderen Browser.

Wird etwas hochgeladen?

Nein. Die Simulation zeichnet dein eigener Browser mit WebGL; nichts wird irgendwohin gesendet, und sie läuft auch offline weiter, sobald die Seite geladen ist.

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