Uzroci, efekti, primjeri genetskog drifta



genetski zanos ili gen je stohastički evolucijski mehanizam koji uzrokuje fluktuacije ili varijacije isključivo slučajnih frekvencija alela populacije.

Prirodni odabir Charlesa Darwina i njegov pomak u genu dva su najznačajnija procesa evolucijske promjene u populacijama. Za razliku od prirodne selekcije, koja se smatra determinističkim i ne-slučajnim procesom, zanošenje gena je proces koji se dokazuje kao slučajna fluktuacija alelnih frekvencija u populaciji ili haplotipovima.

Odvaganje gena dovodi do ne-adaptivne evolucije. U stvari, prirodna selekcija - a ne zanošenje gena - jedini je mehanizam kojim se objašnjavaju sve prilagodbe organizama na različitim razinama (anatomske, fiziološke ili etološke)..

To ne znači da zanošenje gena nije važno. Jedna od najupečatljivijih posljedica ovog fenomena je promatrana na molekularnoj razini, između razlika u DNA i proteinskoj sekvenci.

indeks

  • 1 Povijest
  • 2 Uzroci
  • 3 Učinci
    • 3.1 Kako izračunavamo vjerojatnost gubitka ili fiksiranja alela?
    • 3.2 Efektivni broj stanovništva
    • 3.3 Uska grla i učinak osnivanja
    • 3.4 Utjecaj na razinu DNA: neutralna teorija molekularne evolucije
    • 3.5 Zašto postoje neutralne mutacije?
  • 4 Primjeri
    • 4.1 Hipotetički primjer: puževi i krave
    • 4.2 Kako će se udio puževa mijenjati tijekom vremena??
    • 4.3 Kretanje gena u akciji: gepardi
    • 4.4 Primjer u ljudskim populacijama: Amiši
  • 5 Reference

povijest

Teoriju kretanja gena razvila je početkom 1930. godine važan biolog i genetičar Sewal Wright..

Isto tako, doprinosi Motoo Kimure bili su izuzetni u ovom području. Ovaj je istraživač vodio neutralnu teoriju molekularne evolucije, gdje objašnjava da učinci pomaka gena imaju važan doprinos u evoluciji na razini DNA sekvenci.

Ovi su autori osmislili matematičke modele kako bi razumjeli kako djeluje gen u biološkim populacijama.

uzroci

Uzroci nanosa gena su stohastički - to jest, slučajni fenomeni. U svjetlu populacijske genetike, evolucija se definira kao varijacija tijekom vremena u alelnim frekvencijama populacije. Kretanje se prevodi u promjenu tih frekvencija slučajnim događajima koji se nazivaju "greške uzorkovanja"..

Smanjenje gena smatra se greškom uzorkovanja. Geni koji su uključeni u svaku generaciju je uzorak gena koji nose prethodnu generaciju.

Svaki uzorak podliježe pogrešci uzorkovanja. To znači da je udio različitih stavki koje nalazimo u uzorku podložan promjenama čistom slučajnošću.

Zamislite da imamo torbu s 50 bijelih čipova i 50 crnih čipova. Ako uzmemo njih deset, može se dogoditi da čistom slučajnošću dobijemo 4 bijele i 6 crne; ili 7 bijelih i 3 crna. Postoji razlika između teoretski očekivanih vrijednosti (5 i 5 svake boje) i onih dobivenih eksperimentalno.

efekti

Učinci pomaka gena evidentirani su kao slučajne promjene u frekvencijama alela u populaciji. Kao što smo spomenuli, to se događa kada ne postoji odnos između karakteristike koja se mijenja i sposobnost. S vremenom će aleli završiti popravljanjem ili gubljenjem iz populacije.

U evolucijskoj biologiji, pojam sposobnost Široko se koristi i odnosi se na sposobnost organizma da se razmnožava i preživi. Parametar varira između 0 i 1.

Dakle, karakteristika koja varira od zanosa nije povezana s reprodukcijom i opstankom pojedinca.

Gubitak alela dovodi do drugog učinka nanosa gena: gubitka heterozigotnosti u populaciji. Varijacija u određenom lokusu će se smanjiti, i na kraju će biti izgubljena.

Kako izračunati vjerojatnost gubitka ili fiksiranja alela??

Vjerojatnost fiksiranja alela u populaciji jednaka je njezinoj učestalosti u vrijeme proučavanja. Učestalost fiksacije alternativnog alela bit će 1 - p. gdje p jednaka je alelnoj frekvenciji.

Na tu učestalost ne utječe prethodna povijest promjene frekvencija alela, tako da se predviđanja ne mogu temeljiti na prošlosti.

Naprotiv, ako je alel nastao mutacijom, vjerojatnost fiksacije je p = 1/2N. gdje N broj stanovnika. To je razlog zašto se novi aleli koji se pojavljuju mutacijom lakše popravljaju u malim populacijama.

Čitatelj mora objasniti kako bi to utjecalo na vrijednost p kada je nazivnik manji. Logično, vjerojatnost bi se povećala.

Stoga se učinci pomaka gena brže javljaju u malim populacijama. U diploidnoj populaciji (dva seta kromosoma, kao i mi ljudi), fiksacija novih alela događa se u prosjeku svakih 4N generacije. Vrijeme se povećava proporcionalno povećanjem N stanovništva.

Učinkovit broj stanovništva

N koja se pojavljuje u prethodnim jednadžbama, ne odnosi se na vrijednost koja je jednaka broju pojedinaca u populaciji. To jest, nije ekvivalentno popisu organizama.

U populacijskoj genetici koristi se parametar "efektivnog broja populacije" (Ne), što je obično manje od svih pojedinaca.

Na primjer, u nekim populacijama sa socijalnom strukturom u kojoj dominira samo nekoliko muškaraca, efektivni broj populacije je vrlo nizak, budući da geni tih dominantnih mužjaka nesrazmjerno doprinose - ako ih usporedimo s ostalim muškarcima.

Iz tog razloga, brzina kojom se djeluje gen (i brzina kojom se gubi heterozigotnost) će biti veća od očekivane ako provedemo popis, jer je populacija manja nego što se čini..

Ako u hipotetičkoj populaciji brojimo 20.000 pojedinaca, ali se reproducira samo 2.000, efektivni broj populacije se smanjuje. A ovaj fenomen u kojem se ne javljaju svi organizmi u populaciji, široko je rasprostranjen u prirodnim populacijama.

Uska grla i učinak osnivanja

Kao što smo spomenuli (i pokazali matematički), zanošenje se događa u malim populacijama. Tamo gdje aleli koji nisu tako česti imaju veće šanse da budu izgubljeni.

Ovaj fenomen je čest nakon što stanovništvo doživljava događaj koji se naziva "usko grlo". Ovo se događa kada se značajan broj članova populacije eliminira nekom vrstom nepredviđenog ili katastrofalnog događaja (na primjer, oluja ili lavina).

Neposredni učinak mogao bi biti smanjenje genetske raznolikosti populacije, smanjenje veličine genetskog bazena ili genskog fonda.

Poseban slučaj uskih grla je učinak osnivanja, gdje se mali broj pojedinaca odvaja od početne populacije i razvija se u izolaciji. U primjerima koje ćemo kasnije predstaviti, vidjet ćemo koje su posljedice tog fenomena.

Učinak na razinu DNA: neutralna teorija molekularne evolucije

Neutralnu teoriju molekularne evolucije predložio je Motoo Kimura. Prije ideja ovog istraživača, Lewontin & Hubby je već otkrio da veliki udio varijacija na razini enzima ne može aktivno održavati sve te polimorfizme (varijacije)..

Kimura je zaključila da se te promjene aminokiselina mogu objasniti pomakom gena i mutacijama. Zaključuje da na razini DNA i proteina, mehanizmi kretanja gena igraju temeljnu ulogu.

Neutralni izraz odnosi se na činjenicu da je većina zamjena baza koje uspijevaju fiksirati (doseći frekvenciju 1) neutralne u odnosu na sposobnost. Stoga, ove varijacije koje se javljaju zbog zanošenja nemaju nikakvo adaptivno značenje.

Zašto postoje neutralne mutacije?

Postoje mutacije koje nemaju učinka na fenotip pojedinca. U DNK, sve informacije su šifrirane za izgradnju i razvoj novog organizma. Ovaj kod se dešifrira pomoću ribosoma u procesu prevođenja.

Genetski kod se čita u "trojkama" (skup od tri slova) i svaka tri slova označavaju aminokiselinu. Međutim, genetski kod je degeneriran, što ukazuje da postoji više od jednog kodona koji kodira istu aminokiselinu. Na primjer, kodoni CCU, CCC, CCA i CCG svi kodiraju za aminokiselinski prolin.

Stoga, ako se u CCU sekvenci ona promijeni u CCG, produkt translacije će biti prolin, i neće biti promjena u sekvenci proteina.

Na isti način, mutacija se može promijeniti u aminokiselinu čija se kemijska svojstva ne razlikuju mnogo. Na primjer, ako se alanin promijeni u valin vi svibanj učinak na funkcionalnost proteina je neprimjetan.

Imajte na umu da to nije valjano u svim slučajevima, ako dođe do promjene u dijelu proteina koji je bitan za njegovu funkcionalnost - kao aktivno mjesto enzima - učinak na sposobnost To može biti vrlo značajno.

Primjeri

Hipotetički primjer: puževi i krave

Zamislite livadu na kojoj se nalaze puž i krave. U populaciji puževa možemo razlikovati dvije boje: crnu i žutu. Odlučujući čimbenik u smrtnosti puževa su otisci krava.

Međutim, imajte na umu da ako je puž stupio na, to ne ovisi o boji svoje ljuske, jer je slučajan događaj. U ovom hipotetičkom primjeru, populacija puževa počinje s jednakim udjelom boja (50 crnih puževa i 50 žutih puževa). U slučaju krava eliminirati 6 crnaca i samo 2 žuta, omjer razmjene boja.

Slično tome, u sljedećem slučaju, žute boje mogu umrijeti u većem omjeru, budući da ne postoji veza između boje i vjerojatnosti da će se slomiti (međutim, ne postoji vrsta "kompenzacijskog" učinka)..

Kako će se udio puževa mijenjati tijekom vremena?

Tijekom ovog slučajnog procesa, razmjeri crnih i žutih ljuski će se mijenjati tijekom vremena. Na kraju, jedna od ljuski će doseći jednu od dvije granice: 0 u 1.

Kada je dostignuta frekvencija 1 - pretpostavimo da je za alele žute ljuske - svi puževi ove boje. I, kao što možemo pretpostaviti, alel za crnu ljusku će biti izgubljen.

Jedini način da ponovno dobijemo taj alel je populacija koja ulazi kroz migraciju ili mutaciju.

Gene se kreće u akciji: gepardi

Fenomen pomaka gena može se promatrati u prirodnim populacijama, a najekstremniji primjer su gepardi. Ove brze i stilizirane mačke pripadaju vrsti Acinonyx jubatus.

Prije otprilike 10.000 godina, gepardi - i druge populacije velikih sisavaca - doživjeli su ekstremni događaj izumiranja. Taj je događaj izazvao "usko grlo" u gradu Cheetahs, gdje je preživjelo samo nekoliko pojedinaca.

Preživjeli katastrofalni fenomen pleistocena potaknuli su sve današnje geparde. Učinci nanosa, zajedno s inbreedingom, gotovo su potpuno homogenizirali populaciju.

Zapravo, imunološki sustav ovih životinja je gotovo identičan kod svih pojedinaca. Ako je iz bilo kojeg razloga bilo kojem članu potrebna donacija organa, bilo koji od njegovih partnera mogao bi to učiniti bez ikakve šanse za odbijanje.

Donacije su postupci koji se provode pažljivo i potrebno je suzbiti imunološki sustav primatelja tako da ne napadne "vanjskog agenta", čak i ako dolazi od vrlo bliskog srodnika - bilo da je riječ o braći ili sinovima.

Primjer u ljudskoj populaciji: Amiši

Uska grla i učinak osnivanja također se javljaju u sadašnjim ljudskim populacijama i imaju vrlo važne posljedice na području medicine.

Amiši su vjerska skupina. Odlikuje ih jednostavan način života, bez tehnologije i drugih trenutnih udobnosti - osim što nose vrlo visoku učestalost bolesti i genetskih patologija.

Oko 200 kolonizatora stiglo je iz Pennsylvanije (SAD) iz Europe i počelo se reproducirati među istim članovima.

Pretpostavlja se da su među kolonizatorima postojali nositelji autosomno recesivnih genetskih bolesti, među kojima je bio i Ellis-van Creveldov sindrom. Ovaj sindrom karakteriziraju obilježja patuljastosti i polidaktilije (veliki broj prstiju, veći od pet znamenki).

Bolest je nađena u početnoj populaciji s učestalošću od 0,001 i značajno se povećala na 0,07..

reference

  1. Audesirk, T., Audesirk, G., i Byers, B. E. (2004). Biologija: znanost i priroda. Obrazovanje Pearson.
  2. Curtis, H., i Schnek, A. (2006). Poziv na biologiju. Ed Panamericana Medical.
  3. Freeman, S., & Herron, J. C. (2002). Evolucijska analiza. Prentice Hall.
  4. Futuyma, D. J. (2005). evolucija . Sinauer.
  5. Hickman, C.P., Roberts, L.S., Larson, A., Ober, W.C., & Garrison, C. (2001). Integrirani principi zoologije (Svezak 15). New York: McGraw-Hill.
  6. Mayr, E. (1997). Evolucija i raznolikost života: Odabrani eseji. Sveučilište Harvard Press.
  7. Rice, S. (2007).Enciklopedija evolucije. Činjenice u spisu.
  8. Russell, P., Hertz, P., & McMillan, B. (2013). Biologija: Dinamička znanost. Obrazovanje Nelsona.
  9. Soler, M. (2002). Evolucija: osnova biologije. Južni projekt.