Адаптивные преимущества (на уровне организма и популяции)
- Механизм защиты у гетерозигот (HbAS): пониженная восприимчивость эритроцитов к заражению Plasmodium, ускоренное удаление инфицированных клеток, усиление фагоцитоза и нарушение цикла развития паразита в «серповидных» эритроцитах. Это снижает паразитную нагрузку и смертность от малярии у детей — главное преимущество, приводящее к отбору.
- Популяционный эффект: при наличии устойчивого уровня малярийного давления гетерозиготный генотип имеет более высокую приспособленность, что поддерживает в популяции оба аллеля (balancing selection, overdominance). Это объясняет устойчиво высокую частоту аллеля HbS в эндемичных регионах.
Модель и равновесная частота
- Условие гетерозиготного преимущества: $w_{AS}>w_{AA}$ и $w_{AS}>w_{SS}$, где $w$ — относительная приспособленность генотипов.
- Стандартная запись (нормируем $w_{AS}=1$): $w_{AA}=1-s,w_{AS}=1,w_{SS}=1-t$. Тогда равновесная частота аллеля серповидности $S$ равна
$$\hat{q}=\frac{s}{s+t},$$ а частота нормального аллеля $A$ $$\hat{p}=\frac{t}{s+t}.$$ - Пример: при $s=0.1$ (уменьшение фитнеса у $AA$ из‑за малярии) и $t=0.9$ (высокая смертность/болезненность у $SS$) получится $\hat{q}=\frac{0.1}{1.0}=0.1$ (прибл. $10\%$ частота $S$).
Ограничения и факторы, мешающие появлению/поддержанию гетерозиготного преимущества
- Высокая стоимость у гомозигот: тяжелая серповидно‑клеточная анемия у $SS$ (низкая выживаемость, серьёзная заболеваемость) — поддержание аллеля приводит к тяжелому генетическому бремени.
- Зависимость от среды: при ослаблении малярийного давления (санитарные меры, лечение, изменение климата) параметр $s$ падает → равновесная частота $S$ снижается; при отсутствии малярии гетерозиготное преимущество исчезает.
- Пространственная и временная гетерогенность: разные регионы и эпохи имеют разный отбор, потому локальные адаптации могут не распространяться.
- Генетические взаимодействия и плейотропия: другие мутации (например, талассемия) и фон генома модифицируют фитнес; эффект не чисто «одноаллельный».
- Дрейф и миграция: в небольших популяциях или при сильной миграции частоты могут отклоняться от детерминированного равновесия.
- Социально‑медицинские факторы: практика браков, консангвинизация увеличивает процент гомозигот $SS$; современные терапии (трансфузии, гидроксимочевина, генотерапия) меняют селективные давления.
- Ограничение модели: простая модель overdominance предполагает постоянные константы $s,t$ и случайное скрещивание; реальные популяции сложнее (возрастозависимый эффект, нерегулярный отбор).
Краткий итог
- Гетерозиготное преимущество (как при HbAS) эффективно поддерживает полиморфизм, когда гетерозиготы действительно имеют наибольшую приспособленность при стабильном экологическом давлении (малярия). Но высокая стоимость гомозигот, изменчивость среды, генетические и демографические факторы ограничивают появление и долговременное поддержание такого преимущества.