Закон Харди— Вайнберга
| • |
Чтобы изменить состав генофонда, требуется нечто большее, чем генетическая рекомбинация
ЗАКОНЫ МЕНДЕЛЯ
ЗАКОН
| 1920-е |
ХАРДИ—ВАЙНБЕРГА
ДРЕЙФ ГЕНОВ
| нач. 1960-х |
ДНК
РОДСТВЕННЫЙ ОТБОР
| 1970-е |
ГЕНЕТИЧЕСКИЙ КОД
МОЛЕКУЛЯРНЫЕ ЧАСЫ
ПРОЕКТ ГЕНОМА
ЧЕЛОВЕКА
В научном мире нечасто случается, чтобы разные ученые независимо друг от друга наткнулись на одну и ту же закономерность, но все же таких примеров достаточно, чтобы заставить нас поверить в существование «духа времени». К их числу относится и закон Харди—Вайн-берга (известный также, как закон генетического равновесия) — одна из основ популяционной генетики. Закон описывает распределение генов в популяции. Представьте себе ген, имеющий два варианта, или, пользуясь научной терминологией, два аллеля. Например, это могут быть гены «низкорослости» и «высокорослости», как в случае мен-делевского гороха (см. законы менделя), или наличие/отсутствие предрасположенности к рождению двойни. Харди и Вайнберг показали, что при свободном скрещивании, отсутствии миграции особей и отсутствии мутаций относительная частота индивидуумов с каждым из этих аллелей будет оставаться в популяции постоянной из поколения в поколение. Другими словами, в популяции не будет дрейфа генов.
Рассмотрим этот закон на простом примере. Назовем два аллеля Х и х. Тогда у особей могут встречаться четыре следующие комбинации этих аллелей: ХХ, хх, хХ и Хх. Если обозначить через р и д частоту встречаемости индивидуумов с аллелями Х и х соответственно, то согласно закону Харди—Вайнберга
р2 + 2рд + д2 = 100%,
где р2 — частота встречаемости индивидуумов с аллелями ХХ, 2рд — с аллелями Хх или хХ, а д2 — частота встречаемости индивидуумов с аллелями хх. Эти частоты при соблюдении сформулированных выше условий будут оставаться постоянными из поколения в поколение, независимо от изменения количества индивидуумов и от того, насколько велики (или малы) р и д. Этот закон представляет собой модель, используя которую генетики могут количественно определять изменения в распределении генов в популяции, вызванные, например, мутациями или миграцией. Другими словами, этот закон является теоретическим критерием для измерения изменений в распределении генов.
ГОДФРИ ХАРОЛД ХАРДИ (Godfrey Harold Hardy, 1877-1947) — английский математик, родился в Кранли, графство Суррей. Сын учителя рисования. Изучал математику в Кембриджском и Оксфордском университете. Пожалуй, самую большую известность Харди принесли совместные работы с Джоном Идензором Литлвудом (John Edensor Littlewood, 1885-1977) и позднее с индийским математиком-самоучкой Сриниваса Рамануджаном (Srinivasa Aaiyangar Ramanujan, 1887-1920), который работал клерком в Мадрасе. В 1913 году Рамануджан послал Харди список доказанных им теорем. Признав гениальность юного клерка, Харди пригласил его в Оксфорд, и в
Течение нескольких лет, предшествовавших безвременной смерти Рама-нуджана, они опубликовали серию блестящих совместных работ.
ВИЛЬГЕЛЬМ ВАЙНБЕРГ (Wilhelm Weinberg, 1862-1937) — немецкий врач, имевший большую частную практику в Штутгарте. По воспоминаниям современников, помог появиться на свет 3500 младенцам, в том числе по крайней мере 120 парам близнецов. На основании собственных наблюдений над рождением близнецов и переоткрытых генетических
ЗАКОНОВ МЕНДЕЛЯ пришел к выводу,
Что предрасположенность к рождению двуяйцевых (неидентичных) близнецов передается по наследству.
Закон Шарля
При постоянном давлении объем газа пропорционален его температуре
| • |
АТОМНАЯ ТЕОРИЯ ОТРОЕНИЯ ВЕЩЕСТВА
1662 • ЗАКОН
| • |
БОЙЛЯ—МАРИОТТА
ЗАКОН ШАРЛЯ
МЕХАНИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ ТЕПЛОТЫ
БРОУНОВСКОЕ ДВИЖЕНИЕ
УРАВНЕНИЕ
СОСТОЯНИЯ
ИДЕАЛЬНОГО ГАЗА
МОЛЕКУЛЯРНО-
КИНЕТИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ
Один из пионеров воздухоплавания Жак Александр Сезар Шарль пришел в науку в результате своего увлечения строительством монгольфьеров — больших воздушных шаров, заполненных разогретым воздухом, — которые тогда только-только появились. Я беседовал с современными пилотами воздушных шаров, и они утверждают, что их конструкция с использованием открытой газовой горелки, разработанная Шарлем более двух столетий назад, не претерпела принципиальных изменений и используется до наших дней. Ничего удивительного в том, что научные интересы Шарля лежали в области исследования свойств газов, стало быть, нет. Закон, носящий его имя, Шарль сформулировал в 1787 году после ряда опытов с кислородом, азотом, водородом и углекислым газом.
Чтобы понять смысл закона Шарля, представьте себе газ как скопление быстро движущихся и соударяющихся молекул. Давление газа определяется ударами молекул о стенки сосуда: чем больше ударов, тем выше давление. Например, молекулы воздуха в комнате, где вы находитесь, оказывают на поверхность вашего тела давление 101 325 паскалей (или 1 бар, если речь идет о метеорологии).
Чтобы понять закон Шарля, представьте себе воздух внутри воздушного шарика. При постоянной температуре воздух в шарике будет расширяться или сжиматься, пока давление, производимое его молекулами, не достигнет 101 325 паскалей и не сравняется с атмосферным давлением. Иными словами, пока на каждый удар молекулы воздуха извне, направленный внутрь шарика, не будет приходиться аналогичный удар молекулы воздуха, направленный изнутри шарика вовне. Если понизить температуру воздуха в шарике (например, положив его в большой холодильник), молекулы внутри шарика станут двигаться медленнее, менее энергично ударяя изнутри о стенки шарика. Молекулы наружного воздуха тогда будут сильнее давить на шарик, сжимая его, в результате объем газа внутри шарика будет уменьшаться. Это будет происходить до тех пор, пока увеличение плотности газа не компенсирует понизившуюся температуру, и тогда опять установится равновесие.
Закон Шарля, наряду с другими газовыми законами, лег в основу уравнения состояния идеального газа, описывающего соотношение давления, объема и температуры газа с количеством вещества.
ЖАК АЛЕКСАНДР СЕЗАР ШАРЛЬ
(Jacques Alexandre César Charles, 1746-1823) — французский физик, химик, инженер и воздухоплаватель. Родился в Божанси (Beaugency). В молодости служил чиновником в министерстве финансов в Париже. Заинтересовавшись воздухоплаванием,разработал монгольфьеры современной конструкции, подъемная сила которых обусловлена расширением нагретого
Горелкой воздуха внутри шара. Он же одним из первых стал наполнять воздушные шары водородом (который во много раз легче воздуха и обеспечивает значительно большую подъемную силу, нежели горячий воздух), установив благодаря этому рекорды высоты подъема (более 3 000 м) и дальности полета (43 км). Именно занятия воздухоплаванием заставили Шарля заинтересоваться исследованиями свойств газов.
МАЙКЛ ФАРАДЕЙ (Michael Faraday, 1791-1867) — английский физик и химик. Родился в Лондоне в семье простого кузнеца, принадлежащего к маленькой протестантской секте. Возможностей для получения хорошего образования, учитывая происхождение и социальное устройство Англии начала XIX века, был лишен. Окончив всего лишь бесплатную начальную школу, с 12 лет работал посыльным в книжном магазине, с 14 лет стал подмастерьем переплетчика там же и неожиданно для себя заинтересовался содержанием умных книг, которые ему приходилось переплетать. Интерес к науке в юноше пробудили естественнонаучные разделы «Британской энциклопедии», попавшей в переплет к нему. В 1810 году Фарадею повезло — один из постоянных посетителей книжного магазина подарил любознательному молодому человеку абонемент на цикл из четырех публичных лекций с демонстрациями опытов одного из ведущих английских химиков того времени, профессора Королевского института, сэра Гемфри (Хамфри) Дэви (Humphry Davy,
1778-1829).
Фарадей, успев посетить лишь последние четыре лекции, так увлекся естественными науками, что свои подробные конспекты посещенных им четырех лекций переплел в кожу и... отправил сэру Дэви в
Качестве подтверждения серьезности своих намерений вместе с письмом с просьбой помочь ему в реализации стремления заняться наукой. В 1813 году сэр Дэви сделал Фарадея своим ассистентом в Королевском институте, и тут молодой ученый проявил себя настолько блестяще, что теперь его считают самым выдающимся британским ученым Викторианской эпохи; сама королева Виктория регулярно удостаивала ученого личной аудиенции. Величайшие открытия Фарадея относятся к области выявления связей между электричеством и магнетизмом. Кроме того, он сформулировал законы электролиза, носящие его имя, разработал принципиальное техническое решение по генерации электроэнергии. Первоначально же, еще занимаясь преимущественно химией, Фарадей первым получил сжиженный хлор и ряд других газов, открыл формулу бензола. Столь выдающийся вклад в науку Фарадею удалось внести, прежде всего, благодаря тому, что он был изобретательным экспериментатором, не боявшимся проводить опыты, ставившие под сомнение устоявшиеся научные представления своей эпохи. Он был также выдающимся популяризатором науки: в 1826 году организовал при Королевском институте ежегодные циклы лекций для детей, которые читаются и сегодня.
Законы Кеплера
Планеты движутся вокруг Солнца по вытянутым эллиптическим орбитам, причем Солнце находится в одной из двух фокальных точек эллипса
Отрезок прямой, соединяющий Солнце и планету, отсекает равные площади за равные промежутки времени
Квадраты периодов обращения планет вокруг Солнца относятся как кубы больших полуосей их орбит
| XVI |
| 1609, 1619 |
| • |
ПРИНЦИП КОПЕРНИКА ЗАКОНЫ КЕПЛЕРА