Genetisk drift orsakar, effekter, exempel



den genetisk drift eller gen är en stokastisk evolutionär mekanism, som orsakar fluktuationer eller variationer av rent slumpmässiga allelfrekvenser hos en population.

Charles Darwins naturliga urval och gendrift är de två viktigaste processerna som är involverade i evolutionella förändringar i befolkningen. Till skillnad från det naturliga urvalet, som anses vara en deterministisk och icke-slumpmässig process, är gendrift en process som framträder som de slumpmässiga fluktuationerna av allelfrekvenserna i populationen eller haplotyperna.

Gendrift leder till icke-adaptiv utveckling. Faktum är att det naturliga urvalet - och inte gendrift - är den enda mekanismen som används för att förklara alla organismernas anpassningar på olika nivåer (anatomiska, fysiologiska eller etologiska)..

Detta betyder inte att gendrift är inte viktigt. En av dess mest slående konsekvenser av detta fenomen observeras på molekylär nivå, mellan skillnaderna i DNA- och proteinsekvensen.

index

  • 1 historia
  • 2 orsaker
  • 3 Effekter
    • 3.1 Hur beräknar vi sannolikheten att en allel kommer att gå vilse eller fixas?
    • 3.2 Effektivt antal befolkning
    • 3.3 Flaskhalsar och grundande effekt
    • 3.4 Effekt på DNA-nivån: Neutral teori för molekylär utveckling
    • 3.5 Varför finns neutrala mutationer?
  • 4 exempel
    • 4.1 Hypotetiskt exempel: sniglar och kor
    • 4.2 Hur kommer andelen sniglar att variera över tiden??
    • 4.3 Gendrift i åtgärd: Cheetahs
    • 4.4 Exempel på humana populationer: Amish
  • 5 referenser

historia

Teori om gendrift utvecklades i början av året 1930 av en viktig biolog och genetiker som heter Sewal Wright..

På samma sätt var Motoo Kimuras bidrag exceptionella på detta område. Denna forskare ledde den neutrala teorin om molekylär evolution, där han förklarar att effekterna av gendrift har ett viktigt bidrag i utvecklingen på nivån av DNA-sekvenser.

Dessa författare utformade matematiska modeller för att förstå hur gendrift fungerar i biologiska populationer.

orsaker

Orsakerna till gendrift är stokastiska - det vill säga slumpmässiga fenomen. I ljuset av populationsgenetik definieras evolution som en variation över tiden i befolkningens allelfrekvenser. Driften omvandlas till en ändring av dessa frekvenser genom slumpmässiga händelser som kallas "provtagningsfel".

Gendrift anses vara ett provtagningsfel. De gener som ingår i varje generation är ett urval av de gener som bär den föregående generationen.

Varje prov är föremål för provtagningsfel. Det vill säga andelen av de olika föremålen som vi hittar i ett prov är föremål för förändringar med ren chans.

Tänk dig att vi har en påse med 50 vita chips och 50 svarta chips. Om vi ​​tar tio av dessa kan det vara så att vi med ren chans får 4 vita och 6 svarta; eller 7 vita och 3 svarta. Det finns en skillnad mellan de teoretiskt förväntade värdena (5 och 5 av varje färg) och de som erhållits experimentellt.

effekter

Effekterna av gendrifter framgår som slumpmässiga förändringar i allelsfrekvenserna hos en population. Som vi nämnde sker detta när det inte finns något samband mellan den egenskap som förändras och fitness. Med tiden kommer allelen att sluta fixa eller gå vilse från befolkningen.

I evolutionärbiologi, termen fitness Det används allmänt och hänvisar till organismens förmåga att reproducera och överleva. Parametern varierar mellan 0 och 1.

Sålunda är karaktäristiken som varierar genom drift inte relaterad till individens reproduktion och överlevnad.

Förlusten av alleler leder till den andra effekten av gendrift: förlusten av heterozygositet i befolkningen. Variationen i ett visst läge kommer att minska, och så småningom kommer det att gå vilse.

Hur beräknar vi sannolikheten att en allel kommer att gå vilse eller fixas??

Sannolikheten för att en allel fixas i befolkningen är lika med frekvensen vid den tid det studeras. Frekvensen för fixering av den alternativa allelen kommer att vara 1 - p. var p är lika med allel frekvensen.

Denna frekvens påverkas inte av tidigare förändringar av allelfrekvenser, så förutsägelser kan inte göras baserat på det förflutna.

Om tvärtom har uppstått genom mutation är sannolikheten för fixering det p = 1/2N. var N är befolkningens antal. Detta är anledningen till att nya alleler som uppträder genom mutation är enklare att fixa i små populationer.

Läsaren måste motivera hur det skulle påverka värdet av p när nämnaren är mindre. Logiskt sett ökar sannolikheten.

Således går effekterna av gendrift fortare i små populationer. I en diploid population (två uppsättningar kromosomer, som oss människor) uppstår fixeringen av nya alleler i genomsnitt varje 4N generationer. Tiden ökar proportionellt genom att öka N av befolkningen.

Effektivt antal befolkning

den N som framgår av tidigare ekvationer, hänvisar inte till ett värde som är identiskt med antalet individer i befolkningen. Det betyder att det inte motsvarar folkräkningen av organismer.

I populationsgenetik används parametern för "effektivt antal befolkningar" (Ne), vilket vanligen är mindre än alla individer.

I vissa populationer med en social struktur som domineras av endast ett fåtal män är det faktiska antalet befolkningar väldigt lågt, eftersom generna hos dessa dominerande män bidrar oproportionerligt - om vi jämför dem med övriga män.

Av den anledningen är den hastighet med vilken gendrift verkar (och den hastighet med vilken heterozygositet går förlorad) större än väntat om vi genomför en folkräkning, eftersom befolkningen är mindre än de verkar vara..

Om vi ​​i en hypotetisk population räknar med 20 000 individer, men endast 2000 återges, minskar det faktiska antalet befolkning. Och detta fenomen där inte alla organismer förekommer i befolkningen, är brett fördelade i naturliga populationer.

Flaskhalsar och grundande effekt

Som vi nämnde (och vi demonstrerar matematiskt) uppträder drift i små populationer. Där alleler som inte är lika frekventa har större chans att gå vilse.

Detta fenomen är vanligt när befolkningen upplever en händelse som kallas "flaskhals". Detta sker när ett betydande antal medlemmar av befolkningen elimineras av någon typ av oförutsedda eller katastrofala händelser (till exempel en storm eller en lavin).

Den omedelbara effekten kan vara en minskning av befolkningens genetiska mångfald, vilket minskar storleken på den genetiska poolen eller genpoolen.

Ett särskilt fall av flaskhalsar är grunden, där ett litet antal individer skiljer sig från den ursprungliga befolkningen och utvecklas i isolering. I de exempel som vi kommer att presentera senare kommer vi att se vad som är konsekvenserna av detta fenomen.

Effekt på DNA-nivån: neutral teori för molekylär utveckling

Den neutrala teorin om molekylär utveckling föreslogs av Motoo Kimura. Före denna forskares idéer hade Lewontin & Hubby redan funnit att den höga andelen av variationer på enzymnivå inte kunde aktivt bibehålla alla dessa polymorfier (variationer).

Kimura drog slutsatsen att dessa förändringar i aminosyror kunde förklaras av gendrift och mutationer. Han drar slutsatsen att på DNA- och proteinsnivå spelar mekanismen för gendrift en grundläggande roll.

Den neutrala termen hänvisar till det faktum att majoriteten av substitutioner av baser som klarar av att fixa (nå en frekvens av 1) är neutrala med avseende på fitness. Därför har dessa variationer som uppstår vid drift inte någon adaptiv betydelse.

Varför finns neutrala mutationer?

Det finns mutationer som inte påverkar individens fenotyp. I DNA är all information krypterad för att bygga och utveckla en ny organism. Denna kod avkodas av ribosomer i översättningsförfarandet.

Den genetiska koden läses i "triplets" (uppsättning med tre bokstäver) och var tredje bokstavskod för en aminosyra. Den genetiska koden är emellertid degenererad, vilket indikerar att det finns mer än ett kodon som kodar för samma aminosyra. Exempelvis kodar CCU, CCC, CCA och CCG all kod för aminosyraprolinen.

Om det i CCU-sekvensen ändras till CCG, kommer produkten av översättningen att vara en prolin, och det kommer inga förändringar i proteinsekvensen.

På samma sätt kan mutationen förändras till en aminosyra vars kemiska egenskaper inte varierar mycket. Till exempel, om en alanin förändras till valin du får effekten på proteinets funktionalitet är omärkbar.

Observera att detta inte är giltigt i alla fall om förändringen sker i en del av proteinet som är avgörande för dess funktionalitet - som enzymets aktiva sida - effekten på fitness Det kan vara väldigt signifikant.

exempel

Hypotetiskt exempel: sniglar och kor

Tänk dig en äng där sniglar och kor sameksisterar. I sneglarna kan vi skilja två färgämnen: ett svart skal och ett gult skal. En avgörande faktor för sniglarnas dödlighet är fotspåren hos kor.

Observera dock att om en snigel går på, beror den inte på färgen på skalet, eftersom det är en slumpmässig händelse. I det här hypotetiska exemplet börjar snigelns population med en lika stor andel färger (50 svarta sniglar och 50 gula sniglar). När det gäller kor eliminerar 6 svarta och endast 2 gult, andelen utbytesfärger.

På samma sätt kan gellor i en senare händelse dö i större proportion, eftersom det inte finns något samband mellan färgen och sannolikheten att krossas (det finns emellertid ingen typ av "kompensations" effekt)..

Hur kommer andelen sniglar att variera över tiden?

Under denna slumpmässiga process kommer proportionerna av svarta och gula skal att fluktuera över tiden. Så småningom kommer en av skalen att nå någon av de två gränserna: 0 u 1.

När frekvensen nått är 1 - anta att för gula skalallelen - kommer alla sniglarna av denna färg. Och som vi kan gissa, kommer allelen för det svarta skalet att gå vilse.

Det enda sättet att få den allelen igen är att befolkningen ska komma in genom migration eller mutation.

Gene drift i åtgärd: Cheetahs

Fenomenet av gendrift kan observeras i naturliga populationer, och det mest extrema exemplet är cheetaherna. Dessa snabba och stilade kattdjur hör till arten Acinonyx jubatus.

För ungefär 10 000 år sedan upplevde cheetaherna - och andra populationer av stora däggdjur - en extrema händelse av utrotning. Denna händelse orsakade en "flaskhals" i staden Cheetahs, där endast ett fåtal individer överlevde.

De överlevande av det katastrofala fenomenet i Pleistocen gav upphov till alla Cheetahs i dag. Effekterna av drift, i kombination med inavel, har homogeniserat befolkningen nästan helt.

Faktum är att immunsystemet hos dessa djur är nästan identiskt hos alla individer. Om någon av medlemmarna behövde donation av ett organ, kunde någon av deras partner göra det utan att leda till någon chans att avvisa.

Donationer är förfaranden som genomförs försiktigt och det är nödvändigt att undertrycka mottagarens immunförsvar så att det inte angriper "externt medel", även om det kommer från en mycket nära släkting - vare sig det är bröder eller söner.

Exempel på humana populationer: Amish

Flaskhalsar och grundande verkan förekommer också i nuvarande humankopulationer och har mycket viktiga konsekvenser inom det medicinska området.

Amishen är en religiös grupp. De kännetecknas av en enkel livsstil, fri från teknik och andra nuvarande bekvämligheter - förutom att ha en extremt hög frekvens av sjukdomar och genetiska patologier.

Några 200 kolonisatorer anlände till Pennsylvania (USA), från Europa, och började reproducera bland samma medlemmar.

Det spekuleras att bland koloniserarna fanns bärare av autosomala recessiva genetiska sjukdomar, bland annat Ellis-van Creveld syndromet. Detta syndrom kännetecknas av drag av dvärg och polydaktyly (högt antal fingrar, större än fem siffror).

Sjukdomen hittades i den ursprungliga populationen med en frekvens av 0,001 och ökade signifikant till 0,07..

referenser

  1. Audesirk, T., Audesirk, G., & Byers, B.E. (2004). Biologi: vetenskap och natur. Pearson Education.
  2. Curtis, H., & Schnek, A. (2006). Inbjudan till biologi. Ed. Panamericana Medical.
  3. Freeman, S., & Herron, J.C. (2002). Evolutionär analys. Prentice Hall.
  4. Futuyma, D.J. (2005). Evolution . Sinauer.
  5. Hickman, C.P., Roberts, L.S., Larson, A., Ober, W.C., & Garrison, C. (2001). Integrerade zoologiska principer (Volym 15). New York: McGraw-Hill.
  6. Mayr, E. (1997). Evolution och livets mångfald: Valda uppsatser. Harvard University Press.
  7. Rice, S. (2007).Encyclopedia of Evolution. Fakta om filen.
  8. Russell, P., Hertz, P., & McMillan, B. (2013). Biologi: Den dynamiska vetenskapen. Nelson Utbildning.
  9. Soler, M. (2002). Evolution: grunden för biologi. South Project.