Vzroki, učinki, primeri genetskega odnašanja



The genetski drift ali gen je stohastični evolucijski mehanizem, ki povzroča nihanja ali variacije zgolj naključnih frekvenc alelov populacije.

Naravna selekcija Charlesa Darwina in odnašanje genov sta dva najpomembnejša procesa, ki sta vključena v evolucijsko spremembo populacij. Za razliko od naravne selekcije, ki velja za deterministični in ne-naključni proces, je odnašanje genov proces, ki se kaže kot naključna nihanja frekvenc alelov v populaciji ali haplotipih.

Drsenje gena vodi v ne-adaptivno evolucijo. Dejansko je naravna selekcija - in ne gnezdenje gena - edini mehanizem, ki se uporablja za razlago vseh prilagoditev organizmov na različnih ravneh (anatomsko, fiziološko ali etološko)..

To ne pomeni, da premik gena ni pomemben. Ena izmed njenih najbolj presenetljivih posledic tega pojava je opaziti na molekularni ravni, med razlikami v zaporedju DNA in proteina.

Indeks

  • 1 Zgodovina
  • 2 Vzroki
  • 3 Učinki
    • 3.1 Kako izračunamo verjetnost, da bo alel izgubljen ali fiksen?
    • 3.2 Učinkovito število prebivalstva
    • 3.3 Ozka grla in učinek ustanavljanja
    • 3.4 Učinek na ravni DNK: nevtralna teorija molekularne evolucije
    • 3.5 Zakaj obstajajo nevtralne mutacije?
  • 4 Primeri
    • 4.1 Hipotetični primer: polži in krave
    • 4.2 Kako se bo čas polža spreminjal??
    • 4.3 Premikanje gena v akciji: gepardi
    • 4.4 Primer v populacijah ljudi: amiši
  • 5 Reference

Zgodovina

Teorija gibanja genov je bila razvita v začetku leta 1930, in sicer s strani pomembnega biologa in genetičarja Sewala Wrighta..

Prav tako so bili prispevki Motoo Kimure na tem področju izjemni. Ta raziskovalec je vodil nevtralno teorijo molekularne evolucije, kjer pojasnjuje, da učinki odnašanja gena pomembno prispevajo k evoluciji na ravni zaporedij DNK..

Ti avtorji so razvili matematične modele, da bi razumeli, kako deluje gibanje genov v bioloških populacijah.

Vzroki

Vzroki za odnašanje gena so stohastični - to so naključni pojavi. V luči populacijske genetike je evolucija opredeljena kot variacija v času alelnih frekvenc populacije. Drsenje se pretvori v spremembo teh frekvenc z naključnimi dogodki, imenovanimi "vzorčne napake"..

Drsenje gena se šteje za vzorčno napako. Geni, ki so vključeni v vsako generacijo, je vzorec genov, ki nosijo prejšnjo generacijo.

Vsak vzorec je predmet napake vzorčenja. To pomeni, da je delež različnih predmetov, ki jih najdemo v vzorcu, podvržen spremembam s čisto slučajnostjo.

Predstavljajte si, da imamo torbo s 50 belimi čipi in 50 črnimi čipi. Če vzamemo deset teh, je mogoče, da s čisto slučajnostjo dobimo 4 bele in 6 črne; ali 7 belih in 3 črna. Obstaja neskladje med teoretično pričakovanimi vrednostmi (5 in 5 vsake barve) in tistimi, ki so bile pridobljene eksperimentalno.

Učinki

Učinki odnašanja gena so prikazani kot naključne spremembe frekvenc alelov populacije. Kot smo omenili, se to zgodi, ko ni povezave med značilnostjo, ki se spreminja, in fitnes. S časom se bodo aleli končali s fiksiranjem ali izgubo populacije.

V evolucijski biologiji, izraz fitnes Uporablja se široko in se nanaša na sposobnost razmnoževanja in preživetja organizma. Parameter se spreminja med 0 in 1.

Tako značilnost, ki se spreminja glede na zanos, ni povezana z reprodukcijo in preživetjem posameznika.

Izguba alel vodi do drugega učinka odnašanja gena: izgube heterozigotnosti v populaciji. Sprememba določenega lokusa se bo zmanjšala in na koncu se bo izgubila.

Kako izračunamo verjetnost, da bo alel izgubljen ali fiksen??

Verjetnost fiksiranja alela v populaciji je enaka njeni frekvenci v času, ko jo proučujemo. Pogostost fiksacije alternativnega alela je 1 - str. Kje? str je enaka alelni frekvenci.

Na to frekvenco ne vpliva prejšnja zgodovina spremembe frekvenc alelov, zato napovedi ne morejo temeljiti na preteklosti.

Če je nasprotno, alel nastal zaradi mutacije, je njegova verjetnost fiksacije str = 1/2N. Kje? N število prebivalstva. To je razlog, da se nove alele, ki se pojavijo z mutacijo, lažje popravijo v majhnih populacijah.

Bralec mora razložiti, kako bi to vplivalo na vrednost str ko je imenovalec manjši. Logično bi se verjetnost povečala.

Tako se učinki odnašanja gena v manjših populacijah hitreje pojavljajo. V diploidni populaciji (dva kompleta kromosomov, tako kot mi ljudje), se fiksacija novih alelov v povprečju pojavi vsakih 4.N generacij. Čas se poveča sorazmerno s povečanjem N prebivalstva.

Učinkovito število prebivalstva

The N ki se pojavlja v prejšnjih enačbah, se ne nanaša na vrednost, ki je enaka številu posameznikov v populaciji. To pomeni, da ni enakovreden popisu organizmov.

V populacijski genetiki se uporablja parameter "dejanskega števila prebivalstva" (Ne), ki je običajno manj kot vsi posamezniki.

Na primer, pri nekaterih populacijah s socialno strukturo, v kateri prevladuje le nekaj samcev, je dejansko število populacije zelo nizko, saj geni teh dominantnih moških nesorazmerno prispevajo - če jih primerjamo z ostalimi moškimi.

Iz tega razloga bo hitrost, s katero se genijo geni (in hitrost, s katero se izgubi heterozigotnost), večja od pričakovane, če izvajamo popis, ker je populacija manjša, kot se zdi..

Če v hipotetični populaciji štejemo 20.000 posameznikov, vendar jih je samo 2.000, se dejansko število prebivalstva zmanjša. In ta pojav, pri katerem se ne pojavljajo vsi organizmi v populaciji, je zelo razširjen v naravnih populacijah.

Ozka grla in učinek ustanavljanja

Kot smo omenili (in smo matematično prikazali), se pojavlja majhna populacija. Kjer aleli, ki niso tako pogosti, imajo večjo možnost, da se izgubijo.

Ta pojav je pogost, ko prebivalstvo doživi dogodek, imenovan "ozko grlo". To se zgodi, ko se veliko število članov populacije odpravi zaradi neke vrste nepredvidenega ali katastrofalnega dogodka (na primer nevihta ali plaz)..

Takojšen učinek bi lahko bil zmanjšanje genetske raznolikosti populacije, zmanjšanje velikosti genskega bazena ali genskega sklada.

Poseben primer ozkih grl je ustanovitveni učinek, kjer se majhno število posameznikov loči od začetne populacije in se razvije v izolaciji. V primerih, ki jih bomo predstavili kasneje, bomo videli, kakšne so posledice tega pojava.

Učinek na ravni DNK: nevtralna teorija molekularne evolucije

Nevtralno teorijo molekularne evolucije je predlagal Motoo Kimura. Pred idejami tega raziskovalca je Lewontin & Hubby že ugotovil, da velik delež variacij na ravni encimov ne more aktivno ohraniti vseh teh polimorfizmov (variacij)..

Kimura je ugotovila, da se te spremembe aminokislin lahko pojasnijo z gnezdenjem in mutacijami. Ugotavlja, da imajo na ravni DNK in beljakovin mehanizmi odnašanja genov bistveno vlogo.

Nevtralni izraz se nanaša na dejstvo, da je večina substitucij baz, ki uspejo določiti (doseči frekvenco 1) nevtralna glede na fitnes. Zato te variacije, ki se pojavljajo z visečo tehniko, nimajo nobenega adaptivnega pomena.

Zakaj so nevtralne mutacije?

Obstajajo mutacije, ki ne vplivajo na fenotip posameznika. V DNK so vse informacije šifrirane za izgradnjo in razvoj novega organizma. Ta koda je dešifrirana s ribosomi v procesu prevajanja.

Genetski kod se bere v "trojčkih" (nabor treh črk) in vsaka tri črka označuje aminokislino. Vendar pa je genetska koda degenerirana, kar kaže, da obstaja več kot en kodon, ki kodira isto aminokislino. Na primer, kodoni CCU, CCC, CCA in CCG vse kodirajo za aminokislinski prolin.

Zato, če se v zaporedju CCU spremeni v CCG, bo produkt prevoda prolin in ne bo sprememb v zaporedju beljakovin.

Na enak način se lahko mutacija spremeni v aminokislino, katere kemijske lastnosti se ne razlikujejo veliko. Na primer, če se alanin spremeni v valin Mogoče učinek na funkcionalnost proteina je neopazen.

Upoštevajte, da to ne velja v vseh primerih, če pride do spremembe v delu beljakovine, ki je bistvena za njegovo funkcionalnost - kot aktivno mesto encimov - učinek na fitnes Lahko je zelo pomembna.

Primeri

Hipotetični primer: polži in krave

Predstavljajte si travnik, na katerem živita polži in krave. V populaciji polžev lahko ločimo dve barvi: črno lupino in rumeno lupino. Odločilen dejavnik pri umrljivosti polžev so odtisi krav.

Vendar upoštevajte, da če je polž stopil na, ni odvisen od barve lupine, saj je naključni dogodek. V tem hipotetičnem primeru se populacija polžev začne z enakim deležem barv (50 črnih polžev in 50 rumenih polžev). V primeru krave odpravimo 6 črncev in samo 2 rumena, delež barv za izmenjavo.

Podobno lahko v naslednjem primeru rumene barve umrejo v večjem deležu, ker ni povezave med barvo in verjetnostjo, da se zdrobi (vendar ni nobenega tipa "kompenzacijskega" učinka)..

Kako se bo čas polža spreminjal?

Med tem naključnim procesom bodo razmerja črne in rumene lupine sčasoma nihala. Sčasoma bo ena od lupin dosegla eno od obeh mej: 0 u 1.

Ko je dosežena frekvenca 1 - predpostavimo, da je za alele rumene lupine - vsi polži te barve. In kot lahko uganimo, bo alel za črno lupino izgubljen.

Edini način, da znova dobimo ta alel, je prebivalstvo, da vstopi skozi migracijo ali mutacijo.

Gene se premika v akciji: gepardi

Pojav gnezdenja genov lahko opazimo v naravnih populacijah, najbolj skrajni primer pa so Cheetahi. Te hitre in oblikovane mačke pripadajo vrsti Acinonyx jubatus.

Pred približno 10.000 leti so Cheetahi in druge populacije velikih sesalcev doživeli skrajni izumrtje. Ta dogodek je povzročil "ozko grlo" v mestu Cheetahs, kjer je preživelo le nekaj posameznikov.

Preživeli katastrofalni fenomen pleistocena so povzročili vse današnje geparde. Učinki odnašanja, skupaj z inbreedingom, so populacijo skoraj v celoti homogenizirali.

Pravzaprav je imunski sistem teh živali praktično identičen pri vseh posameznikih. Če je katerikoli član iz kakršnega koli razloga potreboval donacijo organa, bi to lahko storil kateri koli od njegovih partnerjev, ne da bi pri tem prišlo do kakršne koli možnosti zavrnitve..

Donacije so postopki, ki se izvajajo skrbno in je potrebno, da se prejemnikov imunski sistem zatreti tako, da ne napade "zunanjega agenta", tudi če prihaja od zelo bližnjega sorodnika - bratje ali sinovi.

Primer v človeških populacijah: amiši

Ozka grla in učinek ustanovitve se pojavljajo tudi v sedanjih populacijah ljudi in imajo zelo pomembne posledice na medicinskem področju.

Amiši so verska skupina. Za njih je značilen preprost način življenja, brez tehnologije in drugih trenutnih ugodnosti - poleg tega, da imajo zelo visoko pogostost bolezni in genetskih bolezni.

Približno 200 kolonizatorjev je prišlo v Pensilvanijo (ZDA) iz Evrope in se začelo razmnoževati med istimi člani.

Špekulira se, da so med kolonizatorji obstajali nosilci avtosomno recesivnih genetskih bolezni, med njimi sindrom Ellisa-van Crevelda. Za ta sindrom so značilne značilnosti pritlikavosti in polidaktilnosti (veliko število prstov, več kot pet števk).

Bolezen je bila ugotovljena v začetni populaciji s pogostostjo 0,001 in se je znatno povečala na 0,07..

Reference

  1. Audesirk, T., Audesirk, G., in Byers, B. E. (2004). Biologija: znanost in narava. Pearson Education.
  2. Curtis, H., in Schnek, A. (2006). Vabilo na biologijo. Ed Panamericana Medical.
  3. Freeman, S., in Herron, J. C. (2002). Evolucijska analiza. Prenticeova dvorana.
  4. Futuyma, D. J. (2005). Evolucija . Sinauer.
  5. Hickman, C.P., Roberts, L.S., Larson, A., Ober, W.C., & Garrison, C. (2001). Integrirana načela zoologije (Vol. 15). New York: McGraw-Hill.
  6. Mayr, E. (1997). Evolucija in raznolikost življenja: Izbrani eseji. Harvard University Press.
  7. Rice, S. (2007).Enciklopedija evolucije. Dejstva v spisu.
  8. Russell, P., Hertz, P., & McMillan, B. (2013). Biologija: Dinamična znanost. Izobraževanje Nelson.
  9. Soler, M. (2002). Evolucija: osnova biologije. Projekt South.