หน่วยที่ 2: พันธุกรรมและการถ่ายทอดลักษณะทางพันธุกรรม
2.2 การวิเคราะห์ข้อมูลประชากรทางพันธุกรรม
ความหลากหลายทางพันธุกรรมและการคำนวณความถี่อัลลีล (ใช้สมการ Hardy-Weinberg)
ความหลากหลายทางพันธุกรรม (Genetic Diversity) เป็นตัวชี้วัดที่สำคัญในการศึกษาประชากรทางพันธุกรรม เนื่องจากความหลากหลายของยีนในประชากรสามารถบ่งชี้ถึงศักยภาพในการปรับตัวต่อการเปลี่ยนแปลงของสิ่งแวดล้อมและความสามารถในการอยู่รอดของสายพันธุ์
เพื่อวิเคราะห์ความหลากหลายทางพันธุกรรมในประชากร เราสามารถใช้ สมการ Hardy-Weinberg ซึ่งเป็นสมการที่ใช้ในการคำนวณความถี่ของอัลลีลในประชากรที่สมดุล โดยสมการนี้มีสมมติฐานว่าประชากรต้องมีขนาดใหญ่ ไม่มีการกลายพันธุ์ การสุ่มเลือกคู่ครอง การเลือกตามธรรมชาติ หรือการย้ายถิ่นของประชากร
สมการ Hardy-Weinberg:
สมการที่ใช้อธิบายความสัมพันธ์ระหว่างความถี่ของอัลลีลในประชากรมีดังนี้:
\[ p^2 + 2pq + q^2 = 1 \]
โดยที่:
- \(p^2\) = ความถี่ของจีโนไทป์ที่มีลักษณะเด่นแบบโฮโมไซกัส (Homozygous Dominant)
- \(2pq\) = ความถี่ของจีโนไทป์ที่มีลักษณะเด่นและด้อยแบบเฮเทอโรไซกัส (Heterozygous)
- \(q^2\) = ความถี่ของจีโนไทป์ที่มีลักษณะด้อยแบบโฮโมไซกัส (Homozygous Recessive)
นอกจากนี้ \(p\) คือความถี่ของอัลลีลเด่นในประชากร และ \(q\) คือความถี่ของอัลลีลด้อยในประชากร โดยมีสมการที่กำหนดความสัมพันธ์ระหว่างความถี่อัลลีลดังนี้:
\[ p + q = 1 \]
ตัวอย่าง:
สมมติว่าในประชากรหนึ่ง มี 16% ของประชากรที่มีลักษณะด้อยแบบโฮโมไซกัส (aa) เราสามารถคำนวณความถี่ของอัลลีล \(q\) (อัลลีลด้อย) ได้โดย:
\[ q^2 = 0.16 \implies q = 0.4 \]
จากสมการ \(p + q = 1\) เราสามารถหาค่าของ \(p\) (อัลลีลเด่น) ได้ดังนี้:
\[ p = 1 - 0.4 = 0.6 \]
จากนั้น เราสามารถคำนวณความถี่ของจีโนไทป์อื่น ๆ ได้โดยใช้สมการ Hardy-Weinberg:
- \(p^2 = (0.6)^2 = 0.36\) หรือ 36% ของประชากรมีลักษณะเด่นแบบโฮโมไซกัส (AA)
- \(2pq = 2(0.6)(0.4) = 0.48\) หรือ 48% ของประชากรมีลักษณะเด่นและด้อยแบบเฮเทอโรไซกัส (Aa)
ดังนั้น ประชากรนี้จะประกอบด้วย 36% AA, 48% Aa และ 16% aa
การเรียนรู้เชิง STEM:
นักเรียนสามารถใช้สมการ Hardy-Weinberg ในการคำนวณความถี่ของอัลลีลและจีโนไทป์ในประชากรจำลอง เพื่อทำความเข้าใจถึงการเปลี่ยนแปลงของความหลากหลายทางพันธุกรรมภายใต้เงื่อนไขต่าง ๆ เช่น การกลายพันธุ์หรือการย้ายถิ่นของประชากร การทดลองนี้จะช่วยให้เห็นภาพชัดเจนถึงผลกระทบของปัจจัยต่าง ๆ ที่มีต่อการเปลี่ยนแปลงในประชากรทางพันธุกรรม
