Penyebab, kesan, contoh drift genetik



The drift genetik atau gen adalah mekanisme evolusi stokastik, yang menyebabkan fluktuasi atau variasi frekuensi allele rawak semata-mata dari populasi.

Seleksi dan pemilihan genetik Charles Darwin adalah dua proses paling penting yang terlibat dalam perubahan evolusi dalam populasi. Tidak seperti pemilihan semulajadi, yang dianggap sebagai proses deterministik dan tidak rawak, drift gen adalah suatu proses yang terbukti sebagai turun naik rawak frekuensi allelic dalam populasi atau haplotip.

Drift gen membawa kepada evolusi yang tidak menyesuaikan diri. Malah, pilihan semula jadi - dan tidak hanyut genetik - adalah satu-satunya mekanisme yang digunakan untuk menjelaskan semua adaptasi organisma pada tahap yang berbeza (anatomi, fisiologi atau ethological).

Ini tidak bermakna bahawa drift gen tidak penting. Salah satu akibat yang paling menonjol dari fenomena ini dilihat pada tahap molekul, antara perbezaan DNA dan urutan protein.

Indeks

  • 1 Sejarah
  • 2 Sebab
  • 3 Kesan
    • 3.1 Bagaimana kita mengira kebarangkalian bahawa alel akan hilang atau ditetapkan?
    • 3.2 Bilangan penduduk yang berkesan
    • 3.3 Kegagalan dan kesan pengasas
    • 3.4 Kesan pada peringkat DNA: teori neutral evolusi molekul
    • 3.5 Kenapa terdapat mutasi neutral?
  • 4 Contoh
    • Contoh contoh hipotesis: siput dan lembu
    • 4.2 Bagaimana proporsi siput berubah dari semasa ke semasa??
    • 4.3 Gene hanyut dalam tindakan: Cheetahs
    • 4.4 Contoh dalam populasi manusia: Amish
  • 5 Rujukan

Sejarah

Teori drift gen telah dibangunkan pada awal tahun 1930, oleh ahli biologi dan ahli genetik yang penting bernama Sewal Wright..

Begitu juga, sumbangan Motoo Kimura adalah luar biasa dalam bidang ini. Kajian ini membawa teori neutral evolusi molekul, di mana terdedah kepada kesan hanyutan genetik mempunyai sumbangan penting dalam pembangunan di peringkat urutan DNA.

Pengarang-penulis ini mencipta model matematik untuk memahami bagaimana drift gen berfungsi dalam populasi biologi.

Punca

Punca-punca drift gen adalah stokastik - iaitu, fenomena rawak. Mengikut genetik populasi, evolusi ditakrifkan sebagai variasi dari masa ke masa dalam frekuensi allelic penduduk. Gelombang drift diterjemahkan ke dalam perubahan frekuensi ini dengan peristiwa rawak yang disebut "kesilapan persampelan".

Drift gen dianggap sebagai ralat pensampelan. Gen yang dimasukkan ke dalam setiap generasi adalah contoh gen yang membawa generasi terdahulu.

Apa-apa sampel adalah tertakluk kepada ralat pensampelan. Iaitu, perkadaran item yang berbeza yang kami dapati dalam sampel adalah tertakluk kepada perubahan dengan peluang tulen.

Bayangkan kami mempunyai beg dengan 50 cip putih dan 50 cip hitam. Sekiranya kita mengambil sepuluh daripada ini, mungkin dengan peluang tulen kita mendapat 4 putih dan 6 hitam; atau 7 putih dan 3 hitam. Terdapat percanggahan antara nilai-nilai teori yang dijangka (5 dan 5 setiap warna) dan yang diperoleh secara eksperimen.

Kesan

Kesan drift gen terbukti sebagai perubahan rawak dalam frekuensi allelik populasi. Seperti yang telah kami sebutkan, ini berlaku apabila tiada hubungan antara ciri-ciri yang berubah dan yang kecergasan. Dengan peredaran masa, alel akan berakhir memperbaiki atau hilang dari populasi.

Dalam biologi evolusi, istilah itu kecergasan Ia digunakan secara meluas, dan merujuk kepada keupayaan organisma untuk membiak dan terus hidup. Parameternya bervariasi antara 0 dan 1.

Oleh itu, ciri-ciri yang berlainan dengan drift tidak berkaitan dengan pembiakan dan kelangsungan hidup individu.

Kehilangan alel membawa kepada kesan kedua gen hanyut: kehilangan heterozigos dalam populasi. Variasi di lokus tertentu akan berkurang, dan akhirnya ia akan hilang.

Bagaimanakah kita mengira kebarangkalian bahawa alel akan hilang atau ditetapkan??

Kebarangkalian alel yang ditetapkan dalam populasi adalah sama dengan kekerapan pada masa ia dipelajari. Kekerapan penetapan alel alternatif ialah 1 - p. Di mana p adalah sama dengan kekerapan alel.

Kekerapan ini tidak terjejas oleh sejarah sebelumnya tentang perubahan frekuensi alel, jadi ramalan tidak dapat dibuat berdasarkan masa lalu.

Jika, sebaliknya alel telah timbul oleh mutasi, kebarangkalian penetapannya adalah p = 1/2N. Di mana N adalah bilangan penduduk. Ini adalah sebab mengapa alel baru yang muncul dengan mutasi lebih mudah untuk diperbaiki dalam populasi kecil.

Pembaca mesti menilai bagaimana ia akan menjejaskan nilai p apabila penyebutnya lebih kecil. Secara logik, kebarangkalian akan meningkat.

Oleh itu, kesan drift gen berlaku lebih pantas dalam populasi kecil. Dalam populasi diploid (dua set kromosom, seperti kita manusia), penentuan alel baru berlaku, secara purata, setiap 4N generasi. Masa bertambah secara berkadar dengan meningkatkan N daripada penduduk.

Bilangan penduduk yang berkesan

The N yang muncul dalam persamaan sebelumnya, tidak merujuk kepada nilai yang sama dengan bilangan individu dalam populasi. Iaitu, ia tidak bersamaan dengan banci organisma.

Dalam genetik penduduk, parameter "bilangan populasi yang berkesan" digunakan (Ne), yang biasanya kurang daripada semua individu.

Sebagai contoh, dalam sesetengah populasi dengan struktur sosial yang dikuasai oleh hanya beberapa lelaki bilangan penduduk yang berkesan adalah sangat rendah, kerana gen lelaki dominan ini menyumbang secara tidak seimbang - jika kita bandingkan dengan selebihnya lelaki.

Atas sebab ini, kelajuan yang berlarutan gen bertindak (dan kelajuan yang mana heterozygositynya hilang) akan lebih besar daripada yang dijangkakan jika kita menjalankan banci, kerana populasi lebih kecil daripada yang kelihatan seperti itu..

Jika dalam populasi hipotetis kita mengira 20,000 individu, tetapi hanya 2,000 diterbitkan semula, bilangan penduduk yang berkesan berkurangan. Dan fenomena ini di mana tidak semua organisma berlaku dalam populasi, secara meluas didistribusikan dalam populasi semulajadi.

Kesan dan kesan pendirian

Seperti yang telah kami sebutkan (dan kami menunjukkan secara matematik), hanyut berlaku dalam populasi kecil. Di mana alel yang tidak kerap mempunyai peluang yang lebih besar untuk hilang.

Fenomena ini adalah biasa selepas penduduk mengalami peristiwa yang disebut "bottleneck". Ini berlaku apabila sejumlah besar ahli penduduk dihapuskan oleh beberapa jenis acara di luar jangkaan atau bencana (seperti ribut atau banjir a).

Kesan segera boleh menjadi penurunan kepelbagaian genetik populasi, mengurangkan saiz kolam genetik atau kolam gen.

Satu kes tertentu kesesakan adalah kesan pengasas, di mana sebilangan kecil individu dipisahkan dari penduduk awal dan berkembang secara berasingan. Dalam contoh-contoh yang akan kita sampaikan nanti, kita akan melihat apakah akibat dari fenomena ini.

Kesan di peringkat DNA: teori neutral evolusi molekul

Teori neutral evolusi molekul dicadangkan oleh Motoo Kimura. Sebelum idea-idea penyelidik ini, Lewontin & Hubby telah mendapati bahawa kadar variasi yang tinggi di peringkat enzim tidak dapat secara aktif mengekalkan semua polimorfisme (variasi).

Kimura menyimpulkan bahawa perubahan dalam asid amino ini boleh dijelaskan oleh gen hanyut dan mutasi. Dia menyimpulkan bahawa pada tahap DNA dan protein, mekanisme drift gen memainkan peranan penting.

Istilah neutral merujuk kepada hakikat bahawa majoriti penggantian asas yang berjaya dikendalikan (mencapai kekerapan 1) adalah neutral berkenaan dengan kecergasan. Oleh itu, variasi yang terjadi dengan drift, tidak mempunyai makna adaptif.

Mengapa ada mutasi neutral??

Terdapat mutasi yang tidak memberi kesan kepada fenotip individu. Dalam DNA, semua maklumat disulitkan untuk membina dan membangunkan organisma baru. Kod ini diuraikan oleh ribosom dalam proses terjemahan.

Kod genetik dibaca dalam "triplet" (set tiga huruf) dan setiap tiga huruf kod untuk asid amino. Walau bagaimanapun, kod genetik merosot, yang menunjukkan bahawa terdapat lebih daripada satu kodod yang kod untuk asid amino yang sama. Sebagai contoh, kodon CCU, CCC, CCA dan CCG semua kod untuk proline asid amino.

Oleh itu, jika urutan CCG CCU perubahan, produk penterjemahan ialah proline, dan tiada perubahan dalam urutan protein.

Dengan cara yang sama, mutasi mungkin berubah menjadi asid amino yang sifat kimianya tidak banyak berubah. Sebagai contoh, jika alanine berubah kepada valine mungkin kesan ke atas fungsi protein tidak dapat dilihat.

Perhatikan bahawa ini tidak sah dalam semua kes, jika perubahan berlaku dalam sebahagian daripada protein yang penting untuk fungsinya - sebagai tapak aktif enzim - kesan pada kecergasan Ia boleh menjadi sangat penting.

Contohnya

Contoh hipotesis: siput dan lembu

Bayangkan padang rumput di mana siput dan lembu wujud bersama. Dalam populasi siput kita boleh membezakan dua pewarna: kulit hitam dan kulit kuning. Faktor penting dalam mortalitas siput adalah jejak kaki lembu.

Walau bagaimanapun, ambil perhatian bahawa jika siput dimajukan, ia tidak bergantung pada warna cangkerangnya, kerana ia adalah peristiwa rawak. Dalam contoh hipotesis ini, populasi siput bermula dengan proporsi warna yang sama (50 ekor hitam dan 50 ekor kuning). Dalam hal sapi menghilangkan 6 kulit hitam dan hanya 2 kuning, proporsi warna pertukaran.

Begitu juga, dalam peristiwa berikut, kuning boleh mati dalam perkadaran yang lebih besar, kerana tidak ada hubungan antara warna dan kebarangkalian dihancurkan (namun, tidak ada jenis "mengimbangi" kesan)..

Bagaimana proporsi siput berbeza dari masa ke masa?

Semasa proses rawak ini, perkadaran cengkerang hitam dan kuning akan turun naik dari semasa ke semasa. Akhirnya, salah satu cengkerang akan mencapai salah satu daripada dua had: 0 u 1.

Apabila frekuensi yang dicapai adalah 1 - anggap bahawa untuk allel shell kuning - semua siput akan menjadi warna ini. Dan, seperti yang dapat kita katakan, alel untuk kulit hitam akan hilang.

Satu-satunya cara untuk menghidupkan alel ini ialah penduduk adalah melalui penghijrahan atau mutasi.

Gene hanyut dalam tindakan: Cheetahs

Fenomena drift gen dapat dilihat dalam populasi semulajadi, dan contoh yang paling ekstrim adalah Cheetah. Felin yang cepat dan bergaya itu tergolong dalam spesies Acinonyx jubatus.

Sekitar 10,000 tahun yang lalu, Cheetahs - dan populasi mamalia besar yang lain - mengalami peristiwa ekstrem yang melampau. Acara ini menyebabkan "kesesakan" di bandar Cheetahs, di mana hanya beberapa individu yang terselamat.

Orang yang terselamat dari fenomena bencana Pleistocene menimbulkan semua Cheetah hari ini. Kesan hanyut, ditambah pula dengan pembiakan, telah menyeragamkan populasi hampir sepenuhnya.

Malah, sistem imun haiwan ini hampir sama dalam semua individu. Sekiranya atas apa-apa sebab, mana-mana ahli memerlukan sumbangan kepada organ, mana-mana rakan kongsi mereka boleh berbuat demikian tanpa menyebabkan sebarang peluang penolakan.

Derma adalah prosedur yang dijalankan dengan teliti dan perlu menekan sistem imun penerima supaya tidak menyerang "agen eksternal", walaupun berasal dari saudara yang sangat dekat - sama ada saudara lelaki atau anak laki-laki.

Contoh dalam populasi manusia: Amish

Kesan dan kesan pendirian juga berlaku dalam populasi manusia semasa, dan mempunyai kesan yang sangat penting dalam bidang perubatan.

Amish adalah kumpulan agama. Mereka dicirikan oleh gaya hidup yang mudah, bebas daripada teknologi dan keselesaan semasa lain - sebagai tambahan kepada kekerapan penyakit dan patologi genetik yang sangat tinggi..

Sejumlah 200 penjajah tiba di Pennsylvania (Amerika Syarikat), dari Eropah, dan mula membiak di kalangan ahli yang sama.

Ia adalah spekulasi bahawa di kalangan penjajah terdapat pembawa penyakit genetik resesif autosomal, di antaranya sindrom Ellis-van Creveld. Sindrom ini dicirikan oleh ciri-ciri kerdil dan polydactyly (bilangan jari yang tinggi, lebih daripada lima digit).

Penyakit ini dijumpai pada populasi awal dengan kekerapan 0.001 dan meningkat dengan ketara kepada 0.07..

Rujukan

  1. Audesirk, T., Audesirk, G., & Byers, B. E. (2004). Biologi: sains dan alam semula jadi. Pendidikan Pearson.
  2. Curtis, H., & Schnek, A. (2006). Jemputan kepada Biologi. Ed. Panamericana Medical.
  3. Freeman, S., & Herron, J. C. (2002). Analisis evolusi. Dewan Prentice.
  4. Futuyma, D. J. (2005). Evolusi . Sinauer.
  5. Hickman, C. P., Roberts, L.S., Larson, A., Ober, W.C., & Garrison, C. (2001). Prinsip zoologi bersepadu (Vol. 15). New York: McGraw-Hill.
  6. Mayr, E. (1997). Evolusi dan kepelbagaian kehidupan: esei terpilih. Harvard University Press.
  7. Rice, S. (2007).Ensiklopedia Evolusi. Fakta mengenai Fail.
  8. Russell, P., Hertz, P., & McMillan, B. (2013). Biologi: Sains Dinamik. Pendidikan Nelson.
  9. Soler, M. (2002). Evolusi: asas Biologi. Projek Selatan.