В начале восемнадцатых годов прошлого века почти каждая пядевница в Англии была светлой и крапчатой, что прекрасно маскировало её на покрытых лишайником коре деревьев. Затем…
English narration · English + 中文 subtitles burned in · Английское озвучивание · Английский + китайские субтитры (встроенные)
17.1
Variation · Изменчивость
Syllabus · Программа
English
explain, with examples, that phenotypic variation is due to genetic factors or environmental factors or a combination of genetic and environmental factors
explain what is meant by discontinuous variation and continuous variation
explain the genetic basis of discontinuous variation and continuous variation
use the t-test to compare the means of two different samples (the formula for the t-test will be provided, as shown in the Mathematical requirements)
Русский
объяснять (с примерами), что фенотипическая изменчивость обусловлена генетическими факторами или факторами среды или их сочетанием
объяснять, что понимается под непрерывной изменчивостью и дискретной изменчивостью
объяснять генетическую основу непрерывной и дискретной изменчивости
использовать t-критерий Стьюдента для сравнения средних двух различных выборок (формула t-критерия будет предоставлена, как показано в Математических требованиях)
Source: Cambridge International syllabus · Источник: Программа Cambridge International
English
Variation 变异 means the differences between individuals. It has three possible causes:
genetic factors only — set by the alleles 等位基因 you inherit (for example human blood group).
environmental factors 环境因素 only — set by your surroundings (for example a scar, or the language you speak).
a combination of both — most features, such as height and body mass, depend on genes and on diet and lifestyle.
There are two patterns of variation:
discontinuous variation 不连续变异 — clear, separate groups with nothing in between (for example blood group A, B, AB or O). It is usually controlled by one or a few genes 基因, with little effect from the environment.
continuous variation 连续变异 — a smooth range from one extreme to the other (for example height). It is controlled by many genes together, plus the environment.
To compare the means of two samples (for example the heights of plants in sun and in shade), you use the t-test, which tells you whether the difference is large enough to be real, or just due to chance.
Русский
Изменчивость означает различия между особями. У нее три возможные причины:
только генетические факторы — определяются аллелями, которые вы унаследовали (например, группа крови человека).
только средовые факторы — определяются окружающей средой (например, шрам или язык, на котором вы говорите).
сочетание обоих факторов — большинство признаков, таких как рост и масса тела, зависят от генов и от питания и образа жизни.
непрерывная изменчивость — четкие, отдельные группы без промежуточных форм (например, группы крови A, B, AB или O). Обычно она контролируется одним или несколькими генами, почти не зависит от среды.
непрерывная изменчивость — плавный диапазон от одного крайнего значения до другого (например, рост). Она контролируется множеством генов вместе со средой.
Дискретная изменчивость распадается на отдельные группы; непрерывная изменчивость представляет собой плавный диапазон
Для сравнения средних значений двух выборок (например, высоты растений на солнце и в тени) используется t-критерий Стьюдента, который показывает, является ли разница достаточно большой, чтобы считаться реальной, или же она обусловлена случайностью.
Explore · Исследовать
The t-distribution behind the t-test · t-распределение, лежащее в основе t-теста
The t-test compares two sample means against a critical value you look up in a t-table. This is that table made live: the value depends on the degrees of freedom (here $n_1+n_2-2$). Drag df and watch the critical value change — small samples have heavier tails, so they need a larger difference to count as real. · t-тест сравнивает средние значения двух выборок с критическим значением, которое вы находите в таблице t. Это таблица в действии: значение зависит от степени свободы (здесь $n_1+n_2-2$). Перетаскивайте df и наблюдайте, как меняется критическое значение — малые выборки имеют более тяжёлые хвосты, поэтому для признания различия реальным требуется большая разница.
Explore · Исследовать
Variation type lab · Лабораторная работа по изменчивости
Classify examples by the source and pattern of variation. · Классифицируйте примеры по источнику и типу изменчивости.
explain that natural selection occurs because populations have the capacity to produce many offspring that compete for resources; in the ‘struggle for existence’, individuals that are best adapted are most likely to survive to reproduce and pass on their alleles to the next generation
explain how environmental factors can act as stabilising, disruptive and directional forces of natural selection
explain how selection, the founder effect and genetic drift, including the bottleneck effect, may affect allele frequencies in populations
outline how bacteria become resistant to antibiotics as an example of natural selection
use the Hardy–Weinberg principle to calculate allele and genotype frequencies in populations and state the conditions when this principle can be applied (the two equations for the Hardy–Weinberg principle will be provided, as shown in the Mathematical requirements)
describe the principles of selective breeding (artificial selection)
outline the following examples of selective breeding: • the introduction of disease resistance to varieties of wheat and rice • inbreeding and hybridisation to produce vigorous, uniform varieties of maize • improving the milk yield of dairy cattle
Русский
объяснять, что естественный отбор происходит потому, что популяции способны производить много потомства, конкурирующего за ресурсы; в «борьбе за существование» особи, лучше всего адаптированные, наиболее вероятно выживут для размножения и передадут свои аллели следующему поколению
объяснять, как экологические факторы могут действовать как стабилизирующие, разрывающие и направленные силы естественного отбора
объяснять, как отбор, эффект основателя и генетический дрейф, включая эффект бутылочного горлышка, могут влиять на частоту аллелей в популяциях
описывать, как бактерии становятся устойчивыми к антибиотикам как пример естественного отбора
использовать принцип Харди–Вайнберга для расчета частот аллелей и генотипов в популяциях и указывать условия применения этого принципа (два уравнения принципа Харди–Вайнберга будут предоставлены, как показано в Математических требованиях)
описывать следующие примеры селективного разведения: • внедрение устойчивости к болезням сортов пшеницы и риса • инбридинг и гибридизация для получения энергичных, однородных сортов кукурузы • повышение молочной продуктивности молочного скота
Source: Cambridge International syllabus · Источник: Программа Cambridge International
English
Natural selection: the peppered moth
A population 种群 produces far more offspring 后代 than can survive, so the offspring must compete 竞争 for resources such as food and space. This is the "struggle for existence". The individuals that are best adapted 适应 are most likely to survive, reproduce 繁殖, and pass on their alleles to the next generation. Over many generations, the helpful alleles become more common in the population. This is natural selection 自然选择.
Environmental conditions can push selection in three ways:
stabilising selection 稳定选择 favours the average and removes the extremes (the population stays the same).
directional selection 定向选择 favours one extreme, so the mean shifts that way.
disruptive selection 分裂选择 favours both extremes and removes the average.
Allele frequencies can also change in other ways:
the founder effect 奠基者效应 — a few individuals start a new population, so they carry only some of the alleles of the original group.
genetic drift 遗传漂变 — in a small population, allele frequencies change by chance from generation to generation.
the bottleneck effect 瓶颈效应 — a sudden fall in population size leaves few survivors, reducing the variety of alleles.
Antibiotic resistance as natural selection
A chance mutation 突变 makes a few bacteria resistant to an antibiotic 抗生素. When the antibiotic is used, the non-resistant bacteria die, but the resistant ones survive and reproduce. Over time the resistance 耐药性 spreads through the population. This is natural selection in action.
Русский
Естественный отбор: березовая пяденица
Одна популяция производит гораздо больше потомства, чем может выжить, поэтому потомство должно конкурировать за ресурсы, такие как пища и пространство. Это называется «борьбой за существование». Те особи, которые лучше всего адаптированы, с наибольшей вероятностью выживут, размножатся и передадут свои аллели следующему поколению. На протяжении многих поколений полезные аллели становятся более распространенными в популяции. Это естественный отбор.
Бабочка-пяденица демонстрирует естественный отбор: темная форма маскируется на темной, засыпанной сажей коре, а светлая крапчатая форма — на светлом лишайнике; птицы поедают тех, кто выделяется
Условия окружающей среды могут способствовать отбору тремя способами:
стабилизирующий отбор благоприятствует средним значениям признака и устраняет крайние варианты (популяция остается неизменной).
направленный отбор благоприятствует одному из крайних вариантов, поэтому среднее значение смещается в эту сторону.
разрывающий отбор благоприятствует обоим крайним вариантам и устраняет средние значения.
Стабилизирующий сужает диапазон, направленный смещает среднее, разрывающий делит его на две части
Частоты аллелей также могут изменяться другими способами:
эффект основателя — несколько особей начинают новую популяцию, поэтому они несут лишь часть аллелей исходной группы.
генетический дрейф — в небольшой популяции частоты аллелей меняются случайно от поколения к поколению.
эффект бутылочного горлышка — резкое сокращение численности популяции оставляет немногих выживших, снижая разнообразие аллелей.
Эффект бутылочного горлышка: после катастрофы выживают лишь единицы, поэтому восстановленная популяция обладает меньшим генетическим разнообразием
Устойчивость к антибиотикам как пример естественного отбора
Случайная мутация делает некоторые бактерии устойчивыми к антибиотику. При применении антибиотика неустойчивые бактерии погибают, но устойчивые выживают и размножаются. Со временем устойчивость распространяется по всей популяции. Это естественный отбор в действии.
Explore · Исследовать
Natural selection · Естественный отбор
Step through Darwin's idea: variation + a selection pressure means the best-adapted survive and pass on their alleles. · Разберите идею Дарвина: изменчивость + фактор отбора означают, что наиболее приспособленные выживают и передают свои аллели.
The Hardy–Weinberg principle · Принцип Харди–Вайнберга
English
The Hardy–Weinberg principle 哈迪-温伯格原理 lets you calculate the allele frequencies 等位基因频率 and genotype 基因型 frequencies in a population. It only holds true when there is a large population, mating is random, and there is no mutation, no migration and no natural selection.
Call the frequency of the dominant allele $p$ and the frequency of the recessive allele $q$. There are only two alleles, so:
$$p + q = 1.$$
The genotype frequencies then add up to 1, where $p^2$ is homozygous dominant, $2pq$ is heterozygous (the carriers), and $q^2$ is homozygous recessive:
$$p^2 + 2pq + q^2 = 1.$$
Worked example. A recessive condition affects $1$ in every $100$ people. Find the frequency of carriers.
Only the homozygous recessive genotype ($q^2$) shows the condition, so $q^2 = \tfrac{1}{100} = 0.01$, giving $q = \sqrt{0.01} = 0.1$. Then $p = 1 - q = 0.9$. The carriers are the heterozygotes:
$$2pq = 2 \times 0.9 \times 0.1 = 0.18.$$
So about $18\%$ of the population are carriers — far more than the $1\%$ who show the condition.
Русский
Принцип Харди–Вайнберга позволяет рассчитать частоты аллелей и частоты генотипов в популяции. Он справедлив только при наличии большой популяции, случайном скрещивании, а также отсутствии мутаций, миграции и естественного отбора.
Обозначим частоту доминантного аллеля $p$, а частоту рецессивного аллеля $q$. Так как аллелей всего два, то:
$$p + q = 1.$$
Тогда частоты генотипов в сумме дают 1, где $p^2$ — гомозиготный доминантный, $2pq$ — гетерозиготный (носители), а $q^2$ — гомозиготный рецессивный:
$$p^2 + 2pq + q^2 = 1.$$
Разобранный пример. Рецессивное заболевание встречается у $1$ на каждые $100$ человек. Найдите частоту носителей.
Только гомозиготный рецессивный генотип ($q^2$) проявляет заболевание, значит $q^2 = \tfrac{1}{100} = 0.01$, что дает $q = \sqrt{0.01} = 0.1$. Затем $p = 1 - q = 0.9$. Носителями являются гетерозиготы:
$$2pq = 2 \times 0.9 \times 0.1 = 0.18.$$
Таким образом, носителями являются примерно $18\%$ части популяции — значительно больше, чем $1\%$ человек, у которых проявляется это состояние.
Харди–Вайнберг: частоты аллелей p и q дают частоты генотипов p², 2pq, q²
In selective breeding 选择育种, also called artificial selection 人工选择, humans (not nature) choose which organisms breed, so that useful features are passed on. Examples:
breeding disease resistance 抗病性 into varieties of wheat and rice.
using inbreeding 近交 and hybridisation 杂交 (crossing different lines) to make vigorous, uniform maize.
breeding dairy cattle to improve their milk yield 产量.
Русский
При селекции, также называемой искусственным отбором, люди (а не природа) выбирают организмы для размножения, чтобы полезные признаки передавались дальше. Примеры:
создание устойчивости к болезням у сортов пшеницы и риса.
использование инбридинга и гибридизации (скрещивания разных линий) для получения жизнерадостной, однородной кукурузы.
селекция молочного скота для повышения надоев.
Селекция: выбор лучших для размножения в каждом поколении делает нужный признак все более распространенным
Explore · Исследовать
Selective breeding · Селекция
Step through it. Humans take the role of the environment — choosing the breeders, generation after generation. · Проходите шаги. Люди берут на себя роль среды — выбирая производителей из поколения в поколение.
outline the theory of evolution as a process leading to the formation of new species from pre-existing species over time, as a result of changes to gene pools from generation to generation
discuss how DNA sequence data can show evolutionary relationships between species
explain how speciation may occur as a result of genetic isolation by: • geographical separation (allopatric speciation) • ecological and behavioural separation (sympatric speciation)
Русский
излагать теорию эволюции как процесс, приводящий к образованию новых видов из существующих видов со временем в результате изменений в генофондах от поколения к поколению
обсуждать, как данные последовательностей ДНК могут показывать эволюционные связи между видами
объяснять, как видообразование может происходить в результате генетической изоляции посредством: • географического разделения (аллопатрическое видообразование) • экологической и поведенческой изоляции (симпатрическое видообразование)
Source: Cambridge International syllabus · Источник: Программа Cambridge International
English
Evolution 进化 is the slow formation of new species 物种 from earlier ones, as the gene pool 基因库 (all the alleles in a population) changes from generation to generation.
DNA sequence 序列 data can show how closely related two species are: the more similar their DNA sequences, the more recently they shared a common ancestor.
Speciation 物种形成 happens when two populations become genetically separated, so they can no longer breed together. This genetic isolation 隔离 can come about in two ways:
allopatric speciation 异域物种形成 — the populations are kept apart by a geographical separation 地理隔离, such as a sea or a mountain range.
sympatric speciation 同域物种形成 — the populations live in the same area but are separated by differences in behaviour or way of life.
Русский
Эволюция — это медленное образование новых видов из предыдущих, поскольку генный пул (все аллели в популяции) меняется от поколения к поколению.
Данные о последовательности ДНК могут показать степень родства двух видов: чем больше похожи их последовательности ДНК, тем ближе был общий предок.
Специация происходит, когда две популяции генетически изолируются, так что больше не могут скрещиваться вместе. Эта генетическая изоляция может возникнуть двумя путями:
аллопатрическая специация — популяции разделены географической изоляцией, такой как море или горная цепь.
симпатрическая специация — популяции живут в одном регионе, но разделены различиями в поведении или образе жизни.
Аллопатрическая специация требует физического барьера; симпатрическая специация происходит в том же регионе
Step through it. A barrier splits one population; the two halves diverge until they can no longer interbreed. · Пройдите по этапам. Барьер разделяет одну популяцию; две половины расходятся, пока не перестанут скрещиваться.
Explain natural selection as a sequence: variation → selection pressure → the better-adapted survive and reproduce → allele frequency changes.
Use the Hardy–Weinberg equations ($p+q=1$, $p^2+2pq+q^2=1$); $q^2$ is the recessive-phenotype frequency — a common calculation.
Distinguish stabilising, directional and disruptive selection with an example of each.
Distinguish allopatric vs sympatric speciation (geographic vs reproductive isolation).
Русский
Объясните естественный отбор как последовательность: вариация → давление отбора → лучше адаптированные выживают и размножаются → изменение частоты аллелей.
Используйте уравнения Харди–Вайнберга ($p+q=1$, $p^2+2pq+q^2=1$); $q^2$ — частота рецессивного фенотипа, что является типичным расчетом.
Различайте стабилизирующий, направленный и разрывающий отбор, приведя пример каждого.
Различать аллопатрическую и симпатрическую видообразование (географическая vs репродуктивная изоляция).
Interactive lessons on this topic · Интерактивные уроки по этой теме
Work through it step by step, with instant-check exercises. · Пройдите его шаг за шагом с упражнениями мгновенной проверки.
Pick one and the site follows you — notes, papers, videos and practice all open on it. · Выберите один, и сайт будет вести вас — конспекты, работы, видео и практика откроются там.
Type to search notes, lessons, code, vocabulary and past-paper questions across every subject. · Введите запрос для поиска заметок, уроков, кода, словаря и вопросов с реальных экзаменов по всем предметам.
