หน่วยที่ 5: วิวัฒนาการและการปรับตัวของสิ่งมีชีวิต

5.1 ทฤษฎีวิวัฒนาการ

การคำนวณอัตราการเปลี่ยนแปลงทางพันธุกรรมในประชากร
การเปลี่ยนแปลงทางพันธุกรรมในประชากรเป็นหัวใจสำคัญของกระบวนการวิวัฒนาการ ซึ่งอัตราการเปลี่ยนแปลงทางพันธุกรรมนี้สามารถวัดและคำนวณได้จากการเปลี่ยนแปลงของความถี่อัลลีล (Allele Frequency) ภายในประชากร อัตราการเปลี่ยนแปลงนี้แสดงให้เห็นว่าการกลายพันธุ์ การคัดเลือกตามธรรมชาติ การอพยพ หรือปัจจัยอื่น ๆ ส่งผลต่อความหลากหลายทางพันธุกรรมของประชากรอย่างไร

การคำนวณความถี่อัลลีล (Allele Frequency):
ความถี่อัลลีลคืออัตราส่วนของอัลลีลเฉพาะหนึ่งต่อจำนวนอัลลีลทั้งหมดในประชากร การคำนวณความถี่อัลลีลสามารถทำได้โดยใช้สูตร:

\[ p = \frac{2(N_{AA}) + (N_{Aa})}{2(N)} \] \[ q = \frac{2(N_{aa}) + (N_{Aa})}{2(N)} \]

โดยที่:

• p = ความถี่ของอัลลีลเด่น (A)
• q = ความถี่ของอัลลีลด้อย (a)
• N_{AA} = จำนวนบุคคลที่มีจีโนไทป์ AA
• N_{Aa} = จำนวนบุคคลที่มีจีโนไทป์ Aa
• N_{aa} = จำนวนบุคคลที่มีจีโนไทป์ aa
• N = จำนวนบุคคลทั้งหมดในประชากร

การคำนวณตัวอย่าง:
สมมติว่ามีประชากรขนาด 100 ตัวอย่างที่มีอัลลีลสองชนิด คือ A และ a โดยมีจำนวนบุคคลที่มีจีโนไทป์ AA = 30, Aa = 50, และ aa = 20 เราสามารถคำนวณความถี่ของอัลลีล A และ a ได้ดังนี้:

ความถี่ของอัลลีล A (p):

\[ p = \frac{2(30) + 50}{2(100)} = \frac{60 + 50}{200} = \frac{110}{200} = 0.55 \]

ความถี่ของอัลลีล a (q):

\[ q = \frac{2(20) + 50}{2(100)} = \frac{40 + 50}{200} = \frac{90}{200} = 0.45 \]

จากการคำนวณนี้ เราสามารถสรุปได้ว่า ความถี่ของอัลลีล A คือ 0.55 หรือ 55% และความถี่ของอัลลีล a คือ 0.45 หรือ 45%

การคำนวณอัตราการเปลี่ยนแปลงทางพันธุกรรม:
การเปลี่ยนแปลงของความถี่อัลลีลจากรุ่นหนึ่งไปยังอีกรุ่นหนึ่งสามารถคำนวณได้จากข้อมูลประชากรในแต่ละรุ่น การวัดอัตราการเปลี่ยนแปลงของความถี่อัลลีลจะช่วยให้เราเข้าใจถึงการเกิดวิวัฒนาการในประชากร ตัวอย่างเช่น หากความถี่ของอัลลีล A เพิ่มขึ้นจาก 0.55 เป็น 0.65 ในรุ่นต่อไป เราสามารถคาดการณ์ได้ว่ามีการคัดเลือกตามธรรมชาติที่ทำให้ลักษณะเด่นของอัลลีล A ได้รับการคัดเลือกมากขึ้น

ตัวอย่างการคำนวณ:
หากในประชากรใหม่ ความถี่อัลลีล A เพิ่มขึ้นเป็น 0.65 และความถี่อัลลีล a ลดลงเป็น 0.35 การเปลี่ยนแปลงของความถี่อัลลีล A จากรุ่นที่หนึ่งถึงรุ่นที่สองจะเป็น:

\[ \Delta p = p_2 - p_1 = 0.65 - 0.55 = 0.10 \]

นั่นหมายถึง ความถี่อัลลีล A เพิ่มขึ้น 10% ในรุ่นต่อไป ซึ่งอาจเกิดจากการคัดเลือกตามธรรมชาติหรือปัจจัยอื่น ๆ ที่มีผลต่อการวิวัฒนาการของประชากร

การเรียนรู้เชิง STEM:
นักเรียนสามารถใช้การคำนวณเหล่านี้เพื่อศึกษาอัตราการเปลี่ยนแปลงทางพันธุกรรมในประชากรเสมือนจริง โดยใช้ซอฟต์แวร์จำลองการเปลี่ยนแปลงของความถี่อัลลีลในสภาวะต่าง ๆ เช่น การกลายพันธุ์ การคัดเลือกตามธรรมชาติ หรือการอพยพ การทำเช่นนี้จะช่วยให้นักเรียนเห็นภาพชัดเจนถึงกระบวนการวิวัฒนาการและปัจจัยที่ส่งผลต่อการเปลี่ยนแปลงของประชากร