Mekanisme Evolusi Variasi Genetika Frekuensi Alel dan Genotipe, Hukum Hardy - Weinberg
Mekanisme Evolusi Variasi Genetika Frekuensi Alel dan Genotipe, Hukum Hardy - Weinberg - Evolusi terjadi, antara lain karena adanya variasi genetik dan seleksi alam. Darwin telah menerbitkan sebuah buku yang membahas tentang seleksi alam. Akan tetapi, mengenai variasi genetik belumlah diperoleh keterangan apa - apa.
Walaupun demikian, Darwin tidak menutup kemungkinan dan tetap mempunyai keyakinan bahwa keturunan dari hasil perkawinan suatu makhluk hidup selalu bervariasi.
Berdasarkan ilmu mutakhir ada dua penyebab utama terjadinya variasi genetika, yaitu :
a. Sangat jarang terjadi, dan
b. umumnya tidak menguntungkan
Jika mutasi itu jarang terjadi dan pada umumnya tidak menguntungkan, mengapa mutasi merupakan mekanisme evolusi yang penting dan dapat terjadi spesies baru dengan sifat yang lebih baik? Untuk ini, perlu dipahami angka laju mutasi, yaitu angka yang menunjukan jumlah gen yang bermutasi dari seluruh gamet yang dihasilkan oleh suatu individu dari suatu spesies.
Angka laju mutasi suatu spesies, umumnya sangat rendah karena faktor - faktor yang menyebabkan mutasi tidak dapat diramalkan secara pasti. Angka laju mutasi berkisar satu gen di antara dua ribu sampai jutaan gamet, atau rata - rata 1 : 100.000. Artinya dalam setiap 100.000 gamet terdapat satu gen yang mampu bermutasi. Jadi, angka laju mutasi sangat kecil, tetapi merupakan mekanisme yang penting karena :
a. Setiap gamet mengandung beribu - ribu gen
b. setiap individu menghasilkan ribuan sampai jutaan gamet dalam satu generasi, dan
c. Jumlah generasi suatu spesies selama spesies itu ada banyak sekali.
Angka laju mutasi yang menguntungkan lebih kecil daripada angka laju mutasi yang merugikan, yaitu 1 : 1000. Artinya dari 1000 mutasi yang terjadi satu diantaranya adalah mutasi yang menguntungkan. Walaupun mutasi yang menguntungkan itu kecil, tetapi karena jumlah generasi selama spesies itu ada sangat besar maka jumlah mutasi yang menguntungkan besar pula. Perhitunganya, seperti pada contoh soal berikut ini.
Bila Diketahui :
1. Apakah laju mutasi oer gen adalah 1 : 100.000
2. Jumlah gen dalam individu yang mampu bermutasi adalah 1.000
3. Perbandingan antara mutasi menguntungkan dengan mutasi yang terjadi adalah 1 : 1000
4. Jumlah populasi spesies adalah 300.000.000
5. Jumlah generasi selama spesies itu ada adalah 6.000
Berapa hasil mutasi yang menguntungkan selama spesies itu ada?
Jawab :
1. Jumlah mutasi yang menguntungkan yang mungkin terjadi pada setiap individu adalah 1/100.000 x 1.000 x 1/1.000 = 1/100.000
2. Dalam setiap generasi akan terjadi mutasi gen yang menguntungkan
1/100.000 x 300.000.000 = 3.000
3. Selama spesies itu ada, yaitu 6.000 generasi, mutasi yang menguntungkan adalah 3000 x 6000 = 18.000.000
Jadi, jelas bahwa jumlah mutasi yang menguntungkan selama periode evolusi tertentu cukup besar, sehingga kemungkinan dihasilkanya spesies yang adaptif menjadi besar pula.
Yang termasuk mutasi yang menguntungkan, antara lain :
a. dihasilkanya spesies yang adaptif, dan
b. dihasilkanya spesies yang vitalitas dan visibilitasnya tinggi
Yang termasuk mutasi yang merugikan, antara lain :
a. dihasilkanya gen letal yang menimbulkan mutasi letal
b. dihasilkanya keturunan yang mempunyai viabilitas dan fertilitas yang rendah, dan
c. keturunan yang tidak adapatif
Gen - gen letal ataupun gen - gen mutan yang merugikan, umumnya bersifat resesif, sehingga presitiwa mutasi hanya akan tampak bila dalam keadaan homozigot dan tidak tampak apabila dalam keadaan heterozigot. Hal ini menunjukan kepada kita bahwa seleksi alam hanya bekerja terhadap individu homozigot.
Frekuensi Alel dan Genotipe/Gen di Dalam Populasi
Frekuensi gen adalah perbandingan antara gen/genotipe yang satu dengan gen/genotipe lainya di dalam satu populasi. Populasi merupakan sekumpulan individu dari spesies yang sama. Jumlah total alel dari setiap gen pada satu populasi disebut gene pool.
Sedikit perubahan pada alel tertentu dapat menyebabkan terjadinya evolusi. Pengaruh perubahan terhadap populasi tersebut, baru dapat diamati setelah periode waktu yang cukup lama. Misalnya, dalam suatu daerah terdapat populasi tanaman berbunga merah MM dan tanaman berbunga putih mm, yang sama - sama adaptif. Apabila diadakan persilangan akan diperoleh tanaman dengan fenotipe dan genotipe tertentu.
Jika populasi tersebut memiliki individu anggota yang sedikit maka aliran genetik (genetic drift) yang merupakan fluktuasi pada gene pool, dapat mengubah frekuensi genotipe dari waktu ke waktu secara acak. Apakah genetic draft itu? Genetic drift merupakan perubahan frekuensi genotipe akibat perubahan peluang suatu gen diturunkan kepada generasi berikutnya.
Terdapat dua macam genetic draft, yaitu sebagai berikut :
1. Efek leher botol (bottlenecks effects)
Pada efek leher botol, ukuran populasi berkurang yang disebabkan oleh penyakit atau bencana alam yang dapat membunuh sekelompok individu dalam suatu populasi secara tidak selektif.
Sisa populasi yang hidup baik tidak mewakili keanekaragaman genetik dari populasi sebelumnya. Beberapa alel dapat berada dalam jumlah yang banyak, sedikit atau tidak ada sama sekali. Hal tersebut dapat menyebabkan perubahan frekuensi alel pada populasi tersebut.
2. Efek pendiri kelompok (founder effects)
Pada efek pendiri kelompok juga terjadi perubahan frekuensi alel pada populasi. Sekelompok individu dari suatu populasi yang besar bermigrasi ke tempat lain yang terisolasi dari populasi semula. Sekelompok individu yang bermigrasi tersebut tidak mewakili jumlah frekuensi alel populasi semula. Mereka membentuk populasi baru ditempat yang baru.
Cara Mencari frekuensi Gen
Jika dalam suatu populasi diketahui frekuensi genotipenya, frekuensi genya dapat dicari. Sebagai contoh frekuensi genotipe aa dalam suatu populasi 0,25. Tentukan frekuensi gen A : a serta frekuensi genotipe AA, Aa dan aa.
Jawab :
Penerapan hukum Hardy-Weinberg untuk menghitung frekuensi gen dalam populasi adalah sebagai berikut :
1. Dalam suatu populasi terdapat kelompok perasa pahitnya kertas PTC (phenyilthiocarbamide) sebesar 64%, sedangkan yang lainya bukan perasa PTC. Bukan perasa PTC dikendalikan oleh alel t dan perasa PTC dikendalikan oleh alel T. Tentukan frekuensi alel dan genotipe populasi orang PTC dan non PTC.
Walaupun demikian, Darwin tidak menutup kemungkinan dan tetap mempunyai keyakinan bahwa keturunan dari hasil perkawinan suatu makhluk hidup selalu bervariasi.
Berdasarkan ilmu mutakhir ada dua penyebab utama terjadinya variasi genetika, yaitu :
- Adanya mutasi gen, dan
- Adanya rekombinasi gen - gen di dalam keturunan baru.
- Mutasi Gen
a. Sangat jarang terjadi, dan
b. umumnya tidak menguntungkan
Jika mutasi itu jarang terjadi dan pada umumnya tidak menguntungkan, mengapa mutasi merupakan mekanisme evolusi yang penting dan dapat terjadi spesies baru dengan sifat yang lebih baik? Untuk ini, perlu dipahami angka laju mutasi, yaitu angka yang menunjukan jumlah gen yang bermutasi dari seluruh gamet yang dihasilkan oleh suatu individu dari suatu spesies.
Angka laju mutasi suatu spesies, umumnya sangat rendah karena faktor - faktor yang menyebabkan mutasi tidak dapat diramalkan secara pasti. Angka laju mutasi berkisar satu gen di antara dua ribu sampai jutaan gamet, atau rata - rata 1 : 100.000. Artinya dalam setiap 100.000 gamet terdapat satu gen yang mampu bermutasi. Jadi, angka laju mutasi sangat kecil, tetapi merupakan mekanisme yang penting karena :
a. Setiap gamet mengandung beribu - ribu gen
b. setiap individu menghasilkan ribuan sampai jutaan gamet dalam satu generasi, dan
c. Jumlah generasi suatu spesies selama spesies itu ada banyak sekali.
Angka laju mutasi yang menguntungkan lebih kecil daripada angka laju mutasi yang merugikan, yaitu 1 : 1000. Artinya dari 1000 mutasi yang terjadi satu diantaranya adalah mutasi yang menguntungkan. Walaupun mutasi yang menguntungkan itu kecil, tetapi karena jumlah generasi selama spesies itu ada sangat besar maka jumlah mutasi yang menguntungkan besar pula. Perhitunganya, seperti pada contoh soal berikut ini.
Bila Diketahui :
1. Apakah laju mutasi oer gen adalah 1 : 100.000
2. Jumlah gen dalam individu yang mampu bermutasi adalah 1.000
3. Perbandingan antara mutasi menguntungkan dengan mutasi yang terjadi adalah 1 : 1000
4. Jumlah populasi spesies adalah 300.000.000
5. Jumlah generasi selama spesies itu ada adalah 6.000
Berapa hasil mutasi yang menguntungkan selama spesies itu ada?
Jawab :
1. Jumlah mutasi yang menguntungkan yang mungkin terjadi pada setiap individu adalah 1/100.000 x 1.000 x 1/1.000 = 1/100.000
2. Dalam setiap generasi akan terjadi mutasi gen yang menguntungkan
1/100.000 x 300.000.000 = 3.000
3. Selama spesies itu ada, yaitu 6.000 generasi, mutasi yang menguntungkan adalah 3000 x 6000 = 18.000.000
Jadi, jelas bahwa jumlah mutasi yang menguntungkan selama periode evolusi tertentu cukup besar, sehingga kemungkinan dihasilkanya spesies yang adaptif menjadi besar pula.
Yang termasuk mutasi yang menguntungkan, antara lain :
a. dihasilkanya spesies yang adaptif, dan
b. dihasilkanya spesies yang vitalitas dan visibilitasnya tinggi
Yang termasuk mutasi yang merugikan, antara lain :
a. dihasilkanya gen letal yang menimbulkan mutasi letal
b. dihasilkanya keturunan yang mempunyai viabilitas dan fertilitas yang rendah, dan
c. keturunan yang tidak adapatif
Gen - gen letal ataupun gen - gen mutan yang merugikan, umumnya bersifat resesif, sehingga presitiwa mutasi hanya akan tampak bila dalam keadaan homozigot dan tidak tampak apabila dalam keadaan heterozigot. Hal ini menunjukan kepada kita bahwa seleksi alam hanya bekerja terhadap individu homozigot.
Frekuensi Alel dan Genotipe/Gen di Dalam Populasi
Frekuensi gen adalah perbandingan antara gen/genotipe yang satu dengan gen/genotipe lainya di dalam satu populasi. Populasi merupakan sekumpulan individu dari spesies yang sama. Jumlah total alel dari setiap gen pada satu populasi disebut gene pool.
Sedikit perubahan pada alel tertentu dapat menyebabkan terjadinya evolusi. Pengaruh perubahan terhadap populasi tersebut, baru dapat diamati setelah periode waktu yang cukup lama. Misalnya, dalam suatu daerah terdapat populasi tanaman berbunga merah MM dan tanaman berbunga putih mm, yang sama - sama adaptif. Apabila diadakan persilangan akan diperoleh tanaman dengan fenotipe dan genotipe tertentu.
- Hukum Hardy - Weinberg
- AA, Aa dan aa mempunyai viabilitas dan fertilitas yang sama
- Perkawinan antara genotip yang satu dengan yang lainya berlangsung secara acak
- Kemungkinan terjadinya A ke a dan sebaliknya sama besar
- Jumlah individu anggota populasi besar' dan
- Tidak terjadi migrasi
Jika populasi tersebut memiliki individu anggota yang sedikit maka aliran genetik (genetic drift) yang merupakan fluktuasi pada gene pool, dapat mengubah frekuensi genotipe dari waktu ke waktu secara acak. Apakah genetic draft itu? Genetic drift merupakan perubahan frekuensi genotipe akibat perubahan peluang suatu gen diturunkan kepada generasi berikutnya.
Terdapat dua macam genetic draft, yaitu sebagai berikut :
1. Efek leher botol (bottlenecks effects)
Pada efek leher botol, ukuran populasi berkurang yang disebabkan oleh penyakit atau bencana alam yang dapat membunuh sekelompok individu dalam suatu populasi secara tidak selektif.
Sisa populasi yang hidup baik tidak mewakili keanekaragaman genetik dari populasi sebelumnya. Beberapa alel dapat berada dalam jumlah yang banyak, sedikit atau tidak ada sama sekali. Hal tersebut dapat menyebabkan perubahan frekuensi alel pada populasi tersebut.
2. Efek pendiri kelompok (founder effects)
Pada efek pendiri kelompok juga terjadi perubahan frekuensi alel pada populasi. Sekelompok individu dari suatu populasi yang besar bermigrasi ke tempat lain yang terisolasi dari populasi semula. Sekelompok individu yang bermigrasi tersebut tidak mewakili jumlah frekuensi alel populasi semula. Mereka membentuk populasi baru ditempat yang baru.
Cara Mencari frekuensi Gen
Jika dalam suatu populasi diketahui frekuensi genotipenya, frekuensi genya dapat dicari. Sebagai contoh frekuensi genotipe aa dalam suatu populasi 0,25. Tentukan frekuensi gen A : a serta frekuensi genotipe AA, Aa dan aa.
Jawab :
Penerapan hukum Hardy-Weinberg untuk menghitung frekuensi gen dalam populasi adalah sebagai berikut :
1. Dalam suatu populasi terdapat kelompok perasa pahitnya kertas PTC (phenyilthiocarbamide) sebesar 64%, sedangkan yang lainya bukan perasa PTC. Bukan perasa PTC dikendalikan oleh alel t dan perasa PTC dikendalikan oleh alel T. Tentukan frekuensi alel dan genotipe populasi orang PTC dan non PTC.
Semoga bermanfaat.